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新的市場需求如何促進物流機器人技術創新?

  任芳  2019-10-16 00:00:00   物流技術與應用
近幾年,受電商快速發展、智能制造落地等因素促進,以柔性化為突出優勢的物流機器人迎來快速發展。

專題目錄

(主持人/張穎川、任芳)

● 我國物流機器人發展概況及未來機遇

● 新的市場需求促進物流機器人技術創新

● 物流機器人企業商業模式的探索

● 國內物流機器人企業“出海”現狀及問題思考

● 資本追捧下的物流機器人

● 物流機器人在末端配送中的應用

近幾年,受電商快速發展、智能制造落地等因素促進,以柔性化為突出優勢的物流機器人迎來快速發展。如何更好地滿足用戶需求,解決業務痛點,在提高作業效率的同時降低成本,成為物流機器人產品技術及解決方案創新的重點所在。

隨著物流機器人(AGV)應用越來越廣泛,市場對產品和解決方案的要求也在不斷提高,并集中表現在輕型化、柔性化、智能化等方面。另一方面,隨著國內物流機器人企業逐步走向國際市場,向海外拓展,對技術升級的需求也更加迫切。因此,如何更好地滿足用戶需求,解決業務痛點,在提高作業效率的同時降低成本,成為物流機器人產品技術及解決方案創新的重點所在。

本刊在對物流機器人的持續關注中,曾對物流機器人系統構成及特點、主要技術發展及創新等內容進行了詳細報道,在本專題中,本文主要羅列了物流機器人自身發展對技術的需求和用戶對物流機器人應用的幾大需求,以及為滿足該需求幾家主流物流機器人企業推出的最新產品或動向,希望借此管中窺豹洞悉目前物流機器人行業的主要技術發展方向。

一、滿足自身技術升級的需求

物流機器人通常由機器人本體、驅動系統以及控制系統組成,涉及多種軟硬件核心技術,因此,要在競爭越來越激烈的市場中謀得更大發展,在技術上不斷創新升級對于物流機器人企業而言是至關重要的。例如,在機器人本體方面,需要通過技術實現其穩定快速的行走,這就對導航等技術提出了更高的要求。盡管目前二維碼技術可以在識別精度和成本之間做到很好的平衡,性價比高,但是各物流機器人企業也在不斷研究更加先進的導航技術,如SLAM導航、視覺導航、自然導航等。此外,機器人對地面的適應性、承載能力、機器人結構的緊湊程度等都是拉開技術差距的重要因素。在軟件系統方面,隨著物流機器人在單個項目中越來越大規模的應用,對算法的要求也越來越高;同時還要求機器人系統能夠更好地滿足客戶業務需求,對WMS系統的能力也提出了更高的要求。不僅如此,整個物流機器人系統的可靠性以及產品功能的不斷完善,也是各物流機器人企業努力的方向。特別是隨著中國物流機器人紛紛向海外市場布局,對技術升級的需求會更加迫切。

對于1991年便成功研制AGV并投入實際應用新松來說,目前已經擁有七大類型AGV產品,并掌握了控制系統、導航方式、供電方式等AGV核心技術。未來軟硬件創新研發雙管齊下將成為新松AGV主要技術升級方向。如,將多機器人協調調度技術、導航定位技術應用于移動機器人、工業機器人,使其運行更精確,作業更可靠;另一方面,加強應用軟件的開發,基于大數據、人工智能技術實現設備應用與生產工藝的進一步優化。

除了自身對技術升級的渴求,物聯網、5G等新技術也在影響著物流機器人行業的技術發展。昆船物流高級專家趙立表示,中國已在2019年正式進入5G商用元年,5G的性能目標是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模設備連接,5G的應用推廣必然對AGV行業整個架構帶來改變。主要體現在6個方面:

1)通訊系統解決方案將發生重大改變,傳統WiFi方案存在的接入受限、漫游切換可靠性差、小車停駛等問題有望得到徹底解決;

2)萬物互聯成為可能,物聯網的成功實施,使用戶AGV系統與設備運行有關的各類數據采集有了可靠渠道,為AGV系統全生命周期的遠程運維提供了堅實的基礎;

3)5G技術為解決大容量、低延遲、高可靠無線通訊提供了可實現的解決方案,AGV大規模集中調度有了堅實的基礎;

4)新的調度模式得以涌現,可能為AGV系統帶來嶄新變化;

5)低成本分布式控制AGV系統將成為可能,AGV單機成本將大幅下降;

6)為AGV小車多機協同提供了一種簡單可行且低成本的解決方案。據他介紹,目前,昆船物流正從AGV單機模式、分布式的系統調度和原有調度系統升級、AGV通訊系統的構建等方向研究5G技術應用對AGV產生的影響。

二、滿足多樣化作業場景的需求

物流場景多樣復雜這是不爭的事實。這種多樣化一方面表現在作業環境上,同時也表現在不同行業、不同產品以及不同業務類型和訂單結構上。

對于作業環境,主要表現在倉庫地面結構多種多樣,倉庫環境復雜,包括連廊、電梯、爬坡等多種場景,為了更好地讓物流機器人適應各種地坪和環境,對物流機器人的結構設計提出了更多的要求。此外,隨著土地成本的進一步上升,為充分利用空間,越來越多的客戶對倉庫進行設計時,希望盡可能減少通道空間;同時越來越多的客戶采用多樓庫設計。這就對物流機器人的性能也提出了更高的要求,如更小的轉彎半徑,更輕薄,更靈巧等等。

針對不斷變化的市場需求,各物流機器人企業開始在多方面進行創新。例如,快倉近期推出的第三代智能機器人“刀鋒M40”便在底盤設計上進行了創新,采用“雙段式”底盤設計,將原本主動輪加彈簧的底盤設計方案升級為雙段浮動式底盤和分置式多連桿頂升一體化設計。

所謂“雙段式”設計,是指將底盤分為結構相互獨立,互不影響的“前段底盤”和“后段底盤”兩部分,中間使用鉸鏈相連接,形成“浮動式底盤”,當地面出現起伏造成的垂直運動可以被中間鉸鏈系統抵消掉。同時,“前置底盤”的主動輪距離前部支撐從動輪距離極短,可以顯著減少由于地面凹凸不平造成的主動輪抓地力損失,有效提升主動輪抓地力,保持貨架運輸過程中的穩定性。該產品最高運行速度2.3米/秒,最快頂升時間1.8秒。按照客戶的單倉通量達到10萬+的倉庫,”刀鋒”M40每天運行20公里,耐久續航可超過7年。

國自機器人新推出的物流機器人SLIM不僅重新定義叉式AGV,也針對性地解決了客戶對跨樓層作業的需求。

據國自機器人銷售總監孫開順介紹,由于目前市場上絕大部分叉式AGV是由傳統叉車改造而來,定制要求高,改造成本大,同時傳統叉車是針對人工操作設計的,對于自動搬運AGV來說存在不需要的部件。此外,傳統叉車通常轉彎半徑較大,對通道要求較寬,一般要求3米以上。針對這些問題和用戶多層樓庫使用的需求,SLIM采用顛覆傳統叉車外觀的設計,以小載大,結構緊湊,SLIM自重僅590kg,車體寬度882mm,最大荷載達1400kg,起升高度達到1.6M,轉彎半徑僅2米。另外,多樓庫作業意味著需要物流機器人能夠跨樓層作業,因此SLIM也可以進電梯作業,實現多樓層運行。

三、滿足特殊行業需求

從各行業對物流機器人的需求來看,除了電商、制造等行業需求強烈外,冷鏈行業在市場規模不斷擴大的趨勢下,由于作業環境的特殊性,近今年正加速向自動化、智能化物流發展,對物流機器人的需求成為必然。但同時也是因為冷鏈物流的特殊性,如低溫作業環境、空氣濕度大地面易打滑、電池和材料都容易受損影響產品性能,成為物流機器人在冷鏈領域應用的瓶頸所在。

鑒于龐大的冷鏈市場規模和發展潛力,隨著我國物流機器人公司整體實力的上升,不少公司也在積極布局這一市場。如,快倉今年正式發布低溫智能倉儲機器人,可在-25℃~0℃的低溫冷庫中運行,滿足低溫環境下的揀選、搬運和整箱出庫,同時支持跨溫層作業,揀選或分揀作業,甚至是復雜的組裝作業、多模式混合作業,以及滿足客戶的個性化需求。

除快倉外,越來越多的國內外物流機器人企業也瞄準這一市場。例如,德馬泰克針對目前中國市場的需求變化推出的三大類物流機器人,其中一種便是聚焦冷鏈行業的低溫物流機器人,可以在-35℃的環境下高效作業。

四、滿足更低成本的需求

成本降低始終是用戶和物流機器人企業共同關心的話題。用戶不斷將自身面臨的成本壓力轉嫁到物流機器人企業身上,物流機器人在滿足用戶需求和尋求自身更大發展,進一步拓展市場份額等維度上,也在不斷尋求更低的成本。要滿足這一目標,不僅僅需要尋求更加適合的合作伙伴,更需要在技術上不斷提升和創新。

例如,雷達技術被廣泛應用于物流機器人的定位、避障和導航等。綜合行業應用來看,目前雷達技術多為激光雷達,激光雷達是定位精準度最高的方式之一,并且地面無需其他定位設施,行駛路徑可靈活多變,能夠適合多種現場環境。但是此項技術成本太高也是行業公認的其最大缺點之一。針對降低成本的需求,牧星智能正在研究視覺雷達這一創新技術。據牧星智能CEO劉明介紹,視覺雷達有單目攝像頭和雙目攝像頭兩種形態,可以實現物流機器人正前方6~10米,高度1米左右,開口130°角范圍的監控,且其非可見光屬性可以使機器人在晚上運行而不受影響。劉明強調,這一技術的實現必然會大大降低物流機器人的整體成本,同時對整個雷達技術而言也是一種顛覆。

除了通過創新雷達技術降低成本外,據劉明介紹,目前行業內也開始出現SLAM算法芯片化,由于可以大大降低成本,有望在行業內普及推廣。

SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)技術是行業內典型的導航技術創新,指的是在不具備周圍環境先驗信息的前提下,讓AGV在運動過程中根據自身攜帶的傳感器和對周圍環境的感知進行自身定位,同時增量式構建環境地圖。通過SLAM技術,可以提高AGV的自主能力和環境適應能力,使AGV可以在未知的環境中進行自主定位和導航。SLAM導航可以不需要預先鋪設任何軌跡,方便導航路線的更改,并實現實時避障,有助于實現多AGV的協調控制。正是基于以上諸多優勢,該技術在近兩年引起行業高度關注。

但劉明進一步談到,SLAM算法是行業核心技術,只掌握在少數廠家手中,大部分物流機器人企業通過購買這些廠家的SLAM模塊來開發產品,成本較高。因此在成本壓力下,隨著技術的不斷發展,目前行業內已經開始出現將SLAM算法芯片化的公司。這也就意味著,物流機器人公司今后只需購買成熟的SLAM算法芯片即可,成本會大幅降低,有望在行業內普及性推廣。

五、滿足物流智能化的需求

智能化、智慧化是整個物流行業的發展方向。目前,隨著物聯網、AI、5G等新技術的發展與應用,物流機器人也需要與之結合實現更多、更強的功能從而滿足用戶的智能化需求。

除了來源于用戶的需求外,隨著整個物流機器人市場的不斷擴大,如何尋求企業自身更好的發展,如何建立起良好的行業生態等也是物流機器人企業尋求技術升級突破的重要因素。

對于極智嘉來說,除了不斷尋求產品的技術升級外,結合AI技術,構建適合客戶的智能解決方案也是其重點發力的方向之一。“我覺得機器人產品只是一個技術手段,最終還是要給客戶提供智能化的解決方案,提供智能物流的價值。”極智嘉CEO鄭勇表示,類Kiva機器人更具價值的創新之處在于,為行業提供了一種嶄新的揀選解決方案,通過物流機器人搬運貨架來實行“貨到人”揀選。對此,目前極智嘉的重點是更多更廣泛地了解不同行業客戶的物流痛點,在產品創新的基礎上,結合AI技術,通過軟件、算法來構建智能化的解決方案。例如,極智嘉近期發布了OpenBox智能搬運解決方案和Smart Factory智慧工廠解決方案,滿足客戶的智能化、柔性化作業需求。

“目前AGV在導航、控制等核心技術方向都日趨成熟,但離‘交鑰匙’工程的實現還存在距離。快速交付,易于維護是用戶需求的極大體現,開放性、標準化是滿足需求的技術手段。”孫開順表示。基于此,國自機器人除了在物流機器人硬件技術方面不斷創新,還于2017年發布了全自主研發的機器人通用軟硬件組態平臺GRACE。“經過2年的發展,目前不僅國自的各類移動機器人產品均搭載此‘國自芯’,還可以向行業其他產品開放,讓更多的行業能快速應用機器人產品,也讓機器人技術以最便捷的方式延展到各行各業。”孫開順強調。

曠視艾瑞思作為智能倉儲機器人解決方案供應商,自2018年開始也在積極構建開放的智能倉儲機器人平臺,力爭賦能整個行業。曠視科技收購艾瑞思后提出“AI+IoT”戰略,利用自身的人工智能及機器視覺技術優勢,優化機器人的設計及產品能力。今年1月,曠視科技發布其首個智能機器人網絡協作大腦——河圖(Hetu),并計劃投入20億元與生態伙伴一起,打造完整的機器人行業解決方案。

另外,海神機器人也于2018年提出共建“海神智鏈"共享機器人云平臺,將整合全球優質機器人產品,打造人工智能產業生態共同體,并最終實現全球機器人共享與萬物智聯。

盡管以上企業僅僅是整個物流機器人行業中的極少一部分,但是通過這些行業探索者的積極嘗試和實踐,不難看出目前物流機器人行業在技術、產品和整個解決方案上的發展方向。總的來看,提高產品性能,提高運作效率,降低成本,最終為用戶提供價值是行業共同的目標,在此過程中,行業各企業正以各自的方式在不同的路徑上努力著,不斷增強自身的競爭力,也促進行業更大的發展。

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