移動(dòng)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與特點(diǎn)

突破邊界，移動(dòng)機(jī)器人需要更加“智能”。

2022年，工業(yè)應(yīng)用移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)依舊保持了較強(qiáng)的增長(zhǎng)韌性，市場(chǎng)呈現(xiàn)出高速增長(zhǎng)，在一些細(xì)分與創(chuàng)新領(lǐng)域應(yīng)用超過(guò)預(yù)判。而隨著移動(dòng)機(jī)器人廣度和深度的不斷擴(kuò)展，也對(duì)技術(shù)迭代更新提出了更多樣的要求。未來(lái)，什么樣的移動(dòng)機(jī)器人才是真正符合新時(shí)代發(fā)展需求的產(chǎn)品，企業(yè)又該朝著怎樣的方向去探索？在2022年年底的“中國(guó)移動(dòng)機(jī)器人（AGV/AMR）行業(yè)發(fā)展年會(huì)”上，CMR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主席張雷分享了其對(duì)移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的思考，從發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)特點(diǎn)以及未來(lái)趨勢(shì)等多個(gè)角度進(jìn)行了詳細(xì)解讀。

移動(dòng)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與特點(diǎn)

2015年左右，國(guó)內(nèi)興起移動(dòng)機(jī)器人開發(fā)高潮，眾多企業(yè)的入局推動(dòng)了技術(shù)的快速發(fā)展，且相繼在多個(gè)方面取得了突破性的發(fā)展。

從AGV到AMR：移動(dòng)機(jī)器人兼具“車輛”與“機(jī)器人”屬性，目前，針對(duì)其“機(jī)器人”屬性的研究創(chuàng)新大大超過(guò)對(duì)其“車輛”屬性的研究。

導(dǎo)航技術(shù)的多樣化發(fā)展：移動(dòng)機(jī)器人已發(fā)展出多種不同的導(dǎo)航技術(shù)，通過(guò)傳感器數(shù)據(jù)融合，可以解決更多場(chǎng)景的導(dǎo)航問(wèn)題，其中，自然導(dǎo)航技術(shù)的廣泛應(yīng)用，大大擴(kuò)展了移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。全流程參與復(fù)雜應(yīng)用：移動(dòng)機(jī)器人由簡(jiǎn)單的交通管理發(fā)展到大規(guī)模的智能群控，同時(shí)發(fā)展出多種多樣的具體應(yīng)用，與流程 、工藝緊密結(jié)合，參與全流程應(yīng)用。

部分產(chǎn)品走向標(biāo)準(zhǔn)化：盡管大多數(shù)移動(dòng)機(jī)器人仍以非標(biāo)訂制的形式出現(xiàn)，但也出現(xiàn)了一些標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。綜合來(lái)看，技術(shù)發(fā)展多元化、與其他技術(shù)的緊密融合以及核心技術(shù)突破+應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展是近年移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的主要特點(diǎn)。移動(dòng)機(jī)器人需要進(jìn)入各種任務(wù)場(chǎng)景，應(yīng)用方式多種多樣，這就決定了移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)需要多元化發(fā)展；移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，與其它領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展密切相關(guān)，如人工智能、移動(dòng)通訊、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、虛擬現(xiàn)實(shí)等；技術(shù)突破與應(yīng)用拓展相輔相成，核心技術(shù)突破決定了的應(yīng)用發(fā)展的縱深，而與應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)合則決定了發(fā)展的廣度。技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用的深入，但從百億級(jí)市場(chǎng)到千億級(jí)市場(chǎng)，移動(dòng)機(jī)器人的邊界還需要進(jìn)一步突破。當(dāng)前，移動(dòng)機(jī)器人在建模與導(dǎo)航、作業(yè)能力、場(chǎng)景理解、人機(jī)交互以及系統(tǒng)管理等方面還有待進(jìn)一步提升。

建模與導(dǎo)航：在相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境下，可采用SLAM技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自然導(dǎo)航，但有時(shí)仍需要布置少量的人工標(biāo)識(shí)物，在特征稀缺的情況下，常常不能實(shí)現(xiàn)正常的導(dǎo)航。

作業(yè)能力：目前移動(dòng)機(jī)器人能夠完成比較簡(jiǎn)單的作業(yè)（頂升、叉取、夾抱、輥道輸送、末端夾持），當(dāng)貨物位置存在偏差時(shí)，末端操縱能力比較弱。

場(chǎng)景理解：對(duì)任務(wù)場(chǎng)景的理解不足，導(dǎo)致在任務(wù)生成、路徑規(guī)劃、安全防護(hù)等方面存在困難。

與人交互和協(xié)同：僅能夠通過(guò)比較簡(jiǎn)單的方式與人類進(jìn)行交互，由于感知、理解等方面的原因，與人類協(xié)同還存在困難。

移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)管理：在結(jié)構(gòu)化環(huán)境下，已可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的多機(jī)器人系統(tǒng)的管理和調(diào)度，在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下，對(duì)多機(jī)器人系統(tǒng)的高效協(xié)同還有待提高。

突破邊界，移動(dòng)機(jī)器人需要更加“智能”

突破邊界，整體而言，就是移動(dòng)機(jī)器人還需要更加“智能”，結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及市場(chǎng)應(yīng)用趨勢(shì)，預(yù)測(cè)未來(lái)移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：

1、導(dǎo)航技術(shù)仍是突破重點(diǎn)，3D技術(shù)應(yīng)用將不斷增多

移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用所面臨的場(chǎng)景非常多樣，目前的自然導(dǎo)航技術(shù)不足以應(yīng)對(duì)所有的情形，導(dǎo)航技術(shù)仍是移動(dòng)機(jī)器人需要突破的重點(diǎn)。未來(lái)，全生命周期SLAM、動(dòng)態(tài)目標(biāo)濾除、多傳感器融合、語(yǔ)義分割與識(shí)別等是移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)一步提升導(dǎo)航能力的主要路徑。在這一過(guò)程中，3D導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)不斷增多。3D導(dǎo)航根據(jù)其所使用的傳感器的不同，分為3D激光導(dǎo)航跟3D視覺(jué)導(dǎo)航。

當(dāng)前，3D激光推廣條件已基本成熟，首先是算法日趨成熟，其次是3D激光雷達(dá)成本大幅降低（部分得益于自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展），同時(shí)機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件算力和成本也已具備條件。3D激光的應(yīng)用有利于機(jī)器人自動(dòng)建立更為詳細(xì)的環(huán)境模型，系統(tǒng)部署也更為簡(jiǎn)單，即使在環(huán)境特征稀缺的情況下，也能提供更為豐富的環(huán)境信息，有利于穩(wěn)定的導(dǎo)航，在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下的魯棒性比2D激光導(dǎo)航更高，同時(shí)對(duì)地面平整度的要求有所降低。3D視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展近年也十分迅猛，視覺(jué)采集設(shè)備成本低，視覺(jué)數(shù)據(jù)信息量大，通過(guò)多目攝像頭組合可以獲取三維空間內(nèi)更大范圍的特征數(shù)據(jù)，多種不同攝像頭可供采用，技術(shù)升級(jí)迭代很快，可實(shí)現(xiàn)全生命周期SLAM。目前，視覺(jué)SLAM技術(shù)迅速發(fā)展，已成為激光SLAM的一個(gè)有力補(bǔ)充。未來(lái)，視覺(jué)SLAM甚至可能超越激光SLAM，成為自然導(dǎo)航的首選技術(shù)。

2、調(diào)度管理系統(tǒng)：平衡“單體”與“群體”兩種智能

單體智能是指單個(gè)機(jī)器人的智能化程度，即單個(gè)機(jī)器人的感知能力、理解能力以及自主決策能力的大小。機(jī)器人需要感知和理解環(huán)境，并自主地調(diào)整運(yùn)行計(jì)劃和運(yùn)行路線。只有理解環(huán)境，才能更好地與人類共事。群體智能是指整個(gè)系統(tǒng)的智能化程度，即系統(tǒng)在集群作業(yè)中是否能夠?qū)崿F(xiàn)整體最優(yōu)調(diào)度的能力。未來(lái)，如何將原來(lái)移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的高效性和AMR繞行的靈活性加以結(jié)合，是機(jī)器人管理系統(tǒng)需要發(fā)展的方向。

3、AI將在技術(shù)創(chuàng)新中起到關(guān)鍵作用

近年來(lái)深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)幾乎成了人工智能的代名詞，我們將迎來(lái)AI在移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的迅速擴(kuò)展應(yīng)用，在應(yīng)用端采用AI技術(shù)將帶來(lái)大量的市場(chǎng)機(jī)遇。AI技術(shù)將為解決移動(dòng)機(jī)器人在導(dǎo)航、定位、感知、安全、調(diào)度管理等方面持續(xù)提供技術(shù)賦能，移動(dòng)機(jī)器人將在眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，如借助于AI的幫助，移動(dòng)機(jī)器人可以搭載更加靈活、智能的機(jī)械手臂，可以使復(fù)合機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域和作業(yè)能力大大增加。移動(dòng)機(jī)器人能力進(jìn)一步提升后，其應(yīng)用也會(huì)進(jìn)一步深化，借助于AI技術(shù)，一些原本只能由人類完成的工作將可以被移動(dòng)機(jī)器人取代。

4、5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)為移動(dòng)機(jī)器人提供云端“大腦”

目前國(guó)內(nèi)已有一些移動(dòng)機(jī)器人項(xiàng)目采用5G通訊，取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果，5G+AGV的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要集中在兩方面，一是利用5G大帶寬、低時(shí)延優(yōu)勢(shì)對(duì)現(xiàn)有的AGV調(diào)度系統(tǒng)在調(diào)度數(shù)量、數(shù)據(jù)處理進(jìn)行革新；二則是對(duì)AGV導(dǎo)航算法的優(yōu)化，將部分借助邊緣計(jì)算的算法優(yōu)化分析上傳至算力更強(qiáng)大的云端處理。擁有“云端大腦”的移動(dòng)機(jī)器人將有能力檢索海量數(shù)據(jù)，并借助云端算力處理更加復(fù)雜的問(wèn)題。未來(lái)，借助于5G、云、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，移動(dòng)機(jī)器人將變得更為智能。

5、標(biāo)準(zhǔn)品與非標(biāo)訂制的平衡

移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用的廣泛性決定了它的非標(biāo)屬性，所以不可能用標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)品來(lái)覆蓋如此差異、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。但在差異化的應(yīng)用中，我們確實(shí)可以尋找能夠標(biāo)準(zhǔn)化的批量產(chǎn)品。在一些具體行業(yè)中，可以通過(guò)深度挖掘應(yīng)用需求，創(chuàng)造出新的應(yīng)用模式，并以標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的方式來(lái)提供給用戶。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)平臺(tái)化，可以達(dá) 到另一種層級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)化。由于目前技術(shù)還不足以解決各種不同場(chǎng)景的需求，還找不到一種能滿足所有不同應(yīng)用的技術(shù)平臺(tái)，所以，由多個(gè)廠家推出各自技術(shù)平臺(tái)的情況還將持續(xù)相當(dāng)一段時(shí)間。

編輯：黃飛