自主移動機器人繼續(xù)重塑物流和物料搬運

對于幾乎所有需要運輸、存儲或加工實物商品的行業(yè)來說，物流中心都是供應鏈的重要組成部分。現(xiàn)在在這些中心完成的訂單數(shù)量，以及材料處理的類型和方法，在全球范圍內都在增加。越來越多的人采用自治系統(tǒng)來安全有效地處理物流中心履行中不斷增加的數(shù)量和復雜性。這些趨勢進一步推動了自主移動機器人 (AMR) 的進步，這些機器人被視為未來物流中心運營的重要組成部分，可提高工人的安全性、靈活性、效率和生產力。1

在這里，我們一般性地討論 AMR，強調實現(xiàn)最新一代 AMR 的技術以及該技術將如何影響物流供應鏈。

什么是 AMR，它們在哪里使用？

AMR 與其前身自主機器人 (AR) 或自主導引車 (AGV) 不同，它們可以獨立移動，而不是安裝在固定位置或固定軌道上，任務有限，例如機器人裝配臂。AMR 的機動性使這些機器人能夠在工業(yè)環(huán)境中提供更廣泛的服務和更大的靈活性，因為通常不需要操作員或預定義路徑。這種靈活性是 AMR 現(xiàn)在用于全球醫(yī)療保健、農業(yè)、倉儲和制造業(yè)務的原因。

現(xiàn)代 AMR 中設計的傳感器和人工智能/機器學習 (AI/ML) 功能使這些機器能夠真正無引導地運行，甚至可以使用同步定位和映射 (SLAM) 在具有意想不到的障礙物的未知環(huán)境中導航。此外，這些機器中的許多機器采用堅固耐用的設計，便于它們在危險或人類操作員難以導航或完成所需任務的環(huán)境中使用。

AMR 的剖析

AMR 要提供這些功能，需要一套板載 AI/ML 資源、電機控制/驅動技術、電池/充電系統(tǒng)、傳感器和無線通信功能。這些技術的每個方面都必須經過精心設計和實施，以實現(xiàn)最佳效率、安全性和生產力。

大腦：人工智能/機器學習系統(tǒng)

AI/ML 系統(tǒng)涉及各種硬件解決方案的廣泛開發(fā)和潛在使用，包括微處理器單元 (MCU)、數(shù)字信號處理器 (DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA) 和圖形處理單元 (GPU)。在 AI/ML 技術被認為有效/安全并部署之前，設計和實施基礎 AI/ML 系統(tǒng)需要一套完全不同的工具。通常，這些硬件解決方案中的多個用于最有效地處理傳感器數(shù)據、通信和操作移動性所需的控制系統(tǒng)。

通常，所需的響應時間、視覺系統(tǒng)幀速率和任務復雜性驅動 AMR 在給定級別執(zhí)行的資源需求。另一個因素是開發(fā)時間和資源。AI/ML 系統(tǒng)的這兩個實施方面都可以通過使用預先打包的硬件和軟件套件或捆綁包來加速，以解決各種 AMR 挑戰(zhàn)，例如 3D 視覺、運動控制或安全性。

布朗：電機控制和電機技術

要使 AMR 具有移動性，它需要驅動技術、能量存儲和能量傳輸/充電系統(tǒng)。這些系統(tǒng)很可能會作為電動機、電池存儲和電能充電來實現(xiàn)，類似于電動汽車所使用的系統(tǒng)。對于最高效和可靠的 AMR 電機系統(tǒng)，最常見的是用于驅動的無刷直流 (BLDC) 電機和用于操作功能的步進電機。這類似于電動工具和電子機械設備中使用的技術，例如計算機數(shù)控 (CNC) 銑床。這些系統(tǒng)需要電機驅動器和復雜的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)運動和機械手控制的可靠運行。

膽量：電池和充電技術

雖然系留操作對于履帶式或固定式機器人系統(tǒng)是可行的，但 AMR 通常需要自供電。這需要機載能量存儲和可能涉及與充電器對接的充電系統(tǒng)。鋰離子 (Li-ion) 電池化學物質是最常見的高密度儲能解決方案，具有直流快速充電 (DCFC) 功能，可將電網電力傳輸至 AMR 并最大限度地減少停機時間。鋰離子電池需要專門的充電、放電、平衡和其他電池安全/健康電子設備。雖然電子設備的充電可能不一定包含在 AMR 本身中，但需要安裝交流電 (AC) 到直流 (AC/DC) 逆變器和 DC/DC 電源轉換器，以便 AMR 自行對接和充電，

眼睛：傳感器、相機、3D Vision

為了讓 AMR 避開障礙物并在操作區(qū)景觀發(fā)生環(huán)境變化時成功重新規(guī)劃路線，AMR 需要一套傳感器來通知 AI/ML 算法周圍環(huán)境。這些視覺系統(tǒng)對于 AMR 成功導航、確保安全并避免損壞自身、財產或貨物是必不可少的。這些傳感器系統(tǒng)可以是傳統(tǒng)的可見光譜相機、紅外 (IR) 相機、超聲波測距傳感器、激光雷達 (LiDAR)、紅外接近傳感器，甚至是 3D Vision 系統(tǒng)。傳感器數(shù)據的分辨率、采集時間和傳感器數(shù)量決定了 AI/ML 系統(tǒng)需要處理的數(shù)據吞吐量。為了獲得最佳性能和安全性，通常需要在幾毫秒內完成此處理。

耳朵和嘴巴：無線通信系統(tǒng)

如果部署了多個 AMR，無線通信對于 AMR 與設施系統(tǒng)以及彼此之間的通信至關重要。用于這些目的的常見無線標準包括 Wi- Fi? 、 4G LTE、BLUETOOTH? 、現(xiàn)在5G。所使用的無線通信系統(tǒng)的類型取決于 AMR 與設施或其他 AMR 之間可能需要的數(shù)據量和通信類型。如果只是偶爾從集中位置進行軟件更新，4G LTE 可能就足夠了。如果交換大量數(shù)據但不一定對時間要求嚴格，則 Wi-Fi 可能適合。新興的 5G 解決方案促進了大規(guī)模機器類型通信 (mMTC) 和超可靠低延遲通信 (URLLC)。如果正在交換時間關鍵的數(shù)據或可能需要確定性，它們可能是最可行的無線解決方案。

結論

AMR 是許多物流中心和制造任務的未來，在這些地方雇用人工操作員成本太高或不安全。AMR 是具有大量電子子系統(tǒng)的復雜機器，必須對這些子系統(tǒng)進行選擇、設計、編程和集成，以實現(xiàn)可靠、安全和高效的 AMR。

1. 使用自主機器人推動供應鏈創(chuàng)新。德勤。2022 年 6 月 21 日訪問。