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关键词: AGV 物流装备 智慧物流

破晓之前 AGV室外导航延展与破局

作者:小莫

来源: 移动机器人产业联盟

与蓬勃发展的室内AGV相比,室外AGV的市场一直以来被看做潜力巨大的蓝海,开垦进度却缓慢,究其原因,主要还是室外导航的技术的研发难度过大且成本过高。


室外AGV导航的发展进程


室外AGV顾名思义就是在室外工作的AGV小车,室外AGV的主要场景有园区不同厂房之间的物料配送、港口码头的货物装卸、室外巡检、无人配送。此外,还包括一些特殊行业中,如农林业自动割草机、自动插秧机等……


根据不同的应用场景与需求,室外AGV导航方案各不相同。就目前来说,在固定路线中磁钉导航的应用相对成熟稳定,而在需要自主导航的环境中则以激光或视觉为主,环境越复杂辅助传感器也就越多,精度与速度需求越大,越接近于无人驾驶技术的原则。


在AGV室外应用场景中,园区厂房间配送及巡检的导航方式相对来说比较简单。在这些简单的场景中,由于道路轨迹相对固定,巡检或搬运AGV一般只需铺设磁导航就能实现物料搬运或巡检工作。


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,需要对道路进行改造,不便于大规模推广,应用场景受到严重限制。


尽管如此,在码头港区应用的室外AGV中,同样也有大量的磁导应用。不过受港口环境高度动态变化影响, 港口AGV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,港口AGV一般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。


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室外自主导航的崛起


近年来,随着需求和导航技术的发展,室外的无轨导航也渐渐开始增多。无轨导航一般以激光或视觉导航为主。在简单的非标环境下,如物流园区等,室外导航需要配备激光传感或视觉传感来实现自主导航,如国自在上海大众和安吉物流园区应用的激光导航室外牵引式AGV,采用的是激光环境导航技术,通过测量式激光,辅以惯导技术,实现非标环境下的室外自主导航。


不过在一些室外大场景中,尽管柔性化水平上已经得到大幅改善,但激光导航或视觉的弊端在室外仍旧明显,室外受光照、恶劣天气等环境的影响,仅仅是基于激光或视觉的导航一方面存在盲区,一方面对于长距离驾驶的路径规划和统筹有限。因此,卫星定位的重要性不言而喻。


卫星定位成室外导航重头戏


传统行业习惯将卫星定位统称为GPS,事实上全球主要有四大定位系统:北斗(BDS),GPS,格雷纳斯(GLONASS),伽利略(Galileo),GPS只是其中之一,是一种以空中卫星为基础的高精度无线电导航的定位系统。在使用过程中,真正的卫星信号从遥远的太空赶到地面,尤其要穿过电离层、路途上难免有差池,所以总有数米的误差。而使用RTK差分的卫星定位方法可实现厘米级定位,且适用于全局定位。


RTK是载波相位差分技术,是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法,网络RTK系统用户设备主要配置有GNSS接收机及天线。所谓GNSS是对北斗系统(BDS)、GPS、GLONASS、Galileo等卫星导航定位系统的统称,指利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量,以空中卫星为基础的高精度无线电导航的定位系统。全球导航卫星系统的优点是能在地球表面或近地空间的任何地点可全天候3维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航连续定位。缺点是由于GNSS定位依赖于空间卫星,受环境影响较大,高楼、树木、隧道可能会屏蔽信号,以及首次定位反应较慢。


在环境变化相对稳定的室外场景,室外AGV可通过激光/视觉导航搭配卫星定位系统来实现自主移动的室外导航技术。如安徽宇锋开发的一款室外牵引AGV目前已成功应用于监狱的室外搬运作业中,该款AGV采用GPS全球定位系统+多线激光雷达辅助定位系统,能够实现无人搬运、无人牵引等多种应用功能,在雷雨、高温、严寒的极端天气也可正常运行。


此外,在农业中无人驾驶设备也需要应用到卫星定位。如无人驾驶插秧机,一般需要搭载北斗导航驾驶系统,利用北斗定位系统和物联网技术对传统插秧机进行智能升级改造。操作人员只需通过平板车载终端完成定位及参数设置,系统便能自行规划最优路线,实现田间自动插秧、智能避障、掉头转弯等全套无人作业。


不过,在一些需要适应大场景、长距离、高速度、室外应用为主的自动重载物流场景中,技术则更为复杂。“室外应用场景市场发展起来的前提是要解决安全问题,坦率讲目前的纯激光加卫星定位的导航方式在室外应用是有一定局限的,受天气、光照、环境影响太大,不确定系数高。”山东蓬翔汽车技术主任朱广岗先生表示。


蓬翔汽车研发的无轨自主导航重载AGV采用的则是GNSS+多线激光+惯导的复合导航避障方案,另外辅以视觉、毫米波、超声波等手段进行多重保护。道路情况相对复杂时,则考虑加装交通管制系统,并在车身上安装行车记录仪。


而现阶段,通过深度学习与算法优化,AGV室外导航技术的优化已经接近无人驾驶。相比于其他行业的室外移动机器人,无人配送这种商用领域室外项目向来受到外界关注,其技术实现相当于L3级别无人驾驶,半封闭环境或路线相对固定,低速场景风险可控,通常通过搭载少量低线束激光雷达、毫米波雷达、视觉slam以及高精度RTK定位模块即可。


价格居高不下的室外导航将迎来破局之年?


尽管室外导航技术正在不断地精进,但在价格上对于应用端来说并不友好,因此市场推广进度也非常缓慢。据了解,一台普通的自主导航室外AGV,需要安装的导航模块至少是三个,包括激光或视觉传感器,超声波或毫米波避障设施,以及卫星定位导航,一台室外AGV在导航上的花费就需要几万元甚至更多。


因此,在诸多室外场景中,往往重工或有特定安全需求的场景对室外AGV的接受度比较高。此外,相较于一般AGV,重载型AGV的利润更高,而在商用领域无人配送等方面,尽管AGV可实现自主导航,但利用率与投资回报比还不及人工,因此每年的出货量其实并不多。据了解,即便是菜鸟、圆通等物流巨头每年无人配送车出货也仅仅是十几台到数十台。


对此,中海达子公司比逊电子技术总监许开华表示,“我们认为,随着疫情带来的公共环境卫生的知识普及,预计在2021-2022年左右,室外移动机器人将得到大规模的应用,届时室外导航技术也将实现量产和规模化,价格有望进一步下降。”


我们也相信,随着时间的推移,室外导航技术不但能在工业、农业、军事等领域得到有质且有量的广泛应用,同样也将更加广泛应用于人们的日常生活中,为我们提供更多便利服务。


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