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10吨级重载移动机器人市场全解析

发布时间: 2021-03-08 09:03:48 来源:

核心提示: 《2021重载移动机器人行业发展蓝皮书》将于4月28日在海口举行的《2021智慧港口建设暨户外重载移动机器人及无人驾驶应用拓展峰会》上正式发布!

重载型移动机器人,是一种以电池或内燃机作为动力、配备大功率电机、减速机及万向驱动轮实现灵活运行,具有车速调节、升降补偿、车辆制动、全方位转向、自由路径规划、自动引导、在线快速充电、多车编组联动等功能, 同时可被集中调度管理的智能车辆。其工作流程是由人工手动或自动将货物或工件装载在移动机器人上,自动行走到指定地点,再将货物或工件卸下来的移动运输工具,可以应用在许多固定的或不固定的运输场合。



入局企业不断增多


一般移动机器人的负载都在2吨以内,2吨-10吨为偏重载型,重载型移动机器人的装载能力一般为 10 吨以上。根据用户需求,动力和执行机构形式、车辆长度、宽度、提升高度、驱动能力、续航里程等性能参数均可按需设计。

重载式AGV以大尺寸、高承载为特征,在一些重型机械厂、还有铁路交通、特种行业、港口机场、大型电压器厂、重型汽车制造厂等等这些场所都需要大型吨位的AGV来满足。近两年,随着重载AGV/AMR应用领域的扩大,进入这一领域的企业也在不断增多。


表:国内主要重载AGV厂商(资料来源于新战略移动机器人研究所)

 

从上表中可以看出,国内目前已有一批企业相继开发了重载型移动机器人,但细看之下可以发现,从新松、机科到振华重工,重型移动机器人开发厂商以老牌的AGV企业和大型机械设备厂商为主,新兴企业相对较少。

 

 

技术难度是一方面原因,相对于一般移动机器人言,重载型产品面临更高的技术条件和配套支持,主要体现在以下几方面:


1) 承载及驱动系统设计技术
为了确保移动机器人的可控性及灵活性,机器人的承载轮数量尽量减少,以方便转向及控制。而承载轮数量的减少会带来三个方面的问题,一是对轮胎承载能力、车辆承重桥系统提出了更高要求;二是使得移动机器人轮胎对路面的压强大幅提高;三是驱动及转向系统设计变得更加复杂。
 

2) 控制技术

在低速轻载移动机器人系统中,一般将移动机器人系统的运动学方程及动力学方程通过一定的假设进行简化,便可实现整个系统的稳定、可靠控制 。而重载移动机器人在空载及重载两种状态时质量变化巨大、质心位置常会发生很大偏移,进而影响行走系统附着力的变化,这三个参数变化在实际工作中处于不可测状态,导致转向参数及控制参数的不确定性。因此,重载移动机器人如何保证高速运行时的轨迹跟踪精度、操控稳定性及行驶平顺性,一直是行业研究的重点。
 

3)安全系统设计技术

安全性研究在移动机器人领域已经成为了研发热点,而重载移动机器人自身质量大,所承载的被搬运构件质量更大,两者累加导致其在高速运行时的惯量极大, 发生安全事故造成的损失难以估量。因此对其安全防护系统提出了更高要求。
 

3)定位、导航技术

重载移动机器人一般车体较大,对自身姿态误差敏感,运动学方程更复杂,而重载高速运行过程中必须要兼顾动力学模型的准确性,使得重载移动机器人的控制难度大幅提高。
 

技术之外,重载移动机器人的市场准入门槛相对也较高,重型移动机器人的主要应用领域集中在港口码头、铁路交通以及一些特种行业,这些行业对于设备的选择非常严谨的,一般企业要想进入难度很大。尤其是港口码头领域,基本上被大型机械厂商所垄断。
 

不过尽管进入门槛较高,但还是有越来越多的企业开始进入到重载移动机器人这一领域,除了意在拓宽自身产品线之外,最大的原因还在于,相较于一般产品,重载型的利润会更高,在利润驱使下,企业想要进入也不足为奇。
 

未来方向——柔性、智能、高负载


在入局企业不断增多的同时,重载移动机器人发展也在不断加速。
 

此前的重载移动机器人多以磁导航为主,在大型机械设备生产等室内场景的应用中,重载移动机器人通过在地面铺设磁条,测量路径上的磁场信号来获取车辆自身相对于目标跟踪路径之间的位置偏差,从而实现车辆的控制及导航。在港口码头等室外应用场景,大部分通过铺设磁钉来实现重载机器人的定位导航,不过受港口环境高度动态变化影响, 港口重载移动机器人要和大型机械进行互动并融入码头的生产业务流程,单靠一种传感器无法实现精准定位,因此,一般会采用混合导航的方式来弥补单一导航技术的不足,磁钉加惯导相结合的导航方式应用的最为普遍。
 


 

磁导航的优势是性价比高且安装方便,且不会受到光照、天气或其他障碍物的影响;不过磁导航的劣势也很明显,柔性化程度过低,需要对地面进行改造,路线也较为固定,不易变更。
 

而近几年,伴随着技术的不断发展,重载型移动机器人的导航方式也日益丰富,激光、视觉、卫星定位等更多的导航解决方案开始逐渐应用。国自机器人基于其在激光导航产品的丰富积累,推出了基于激光导航的重载移动机器人产品。2019年,在粤港澳大湾区首个全自动化码头广州港南沙四期工程中,振华重工为其打造了新一代重载移动机器人采用卫星导航定位、激光雷达SLAM、视觉SLAM等多传感器融合定位技术,更加灵活智能。当前,越来越多的重载移动机器人厂家都在探索各导航方式的融合应用。
 


表:重载移动机器人各类导航方式

 

导航技术之外,在负载方面,重载移动机器人也在不断突破。2018年,驰众经过7年研发攻关,推出了一款“200吨重载AGV”;2020年8月,国内首台、达国际先进水平的240T重载AGV在朗誉科技研制成功。
 

 

总体而言,从技术发展角度看,未来重载移动机器人将朝着更加灵活智能的方向发展,同时将不断挑战更大的单车载荷能力,甚至将发展出 500 吨级的型号,并将对多车编组运行方式进行深入探索,以满足对特殊外形尺寸、特大载荷等应用的需求。同时,对每一个市场细分领域的需求将做深、做足,发展出满足特定需求的细分型号。
 

在技术不断发展的基础上,未来,对于核心器件的研发和量产,提高自主研发技术的占比,也将是未来国内重载移动机器人企业的发展必由之路,包括:大功率电机、减速机、运动控制器等核心器件的设计和制造,将是打破进口垄断,降低采购成本,从而提高国产产品竞争力的有效手段。
 

事实上,重载移动机器人不断创新的背后,也得益于应用市场的不断扩大。港口、机场、飞机制造、铁路机车检修及制造、造纸印刷等这些重型作业,原来主要由重卡、集装箱、龙门吊和大量人力来完成, 现如今也尝试了技术创新,通过引入重载移动机器人替代了原始、粗放的作业模式。机器换人不仅解决了许多流程中的高危隐患,也在人力成本和信息化成本上大幅节约,整体迈入自动化、信息化、智能化的运营模式,而不断扩大的市场需求也在推动重载移动机器人技术的不断迭代更新,只要市场的需求量足够大,企业的研发投入也会不断加大,技术的发展速度也会越来越快。重载移动机器人,未来将会有更大发展潜力和应用推广的领域。
 

为了深度解析重载移动机器人技术发展及市场应用现状,由中国移动机器人产业联盟主编,新松机器人、机科发展、北京特种机械研究所、东风专用设备、CSG华晓、航天思尔特、国自机器人、汇聚自动化、天津朗誉、驰众机器人、无锡恺韵来、三丰机器人、华晟智能、临工智科等企业联合参编的《2021重载移动机器人行业发展蓝皮书》将于4月28日在海口举行的《2021智慧港口建设暨户外重载移动机器人及无人驾驶应用拓展峰会》上正式发布,敬请关注!
 

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