文｜楊文華
云南昆船智能裝備有限公司
中國船舶集團高級專家
CMR產業聯盟專委會、標委會主任
提要：近幾年來，市場需求的不斷增加，不僅推動了中國物流移動機器人產業的快速發展，也促進了國內核心配套件供應鏈細分市場的逐漸形成。本文站在行業高度，對組成物流移動機器人的核心配套件（硬件+軟件）作了分類介紹，對其市場情況和技術趨勢進行了分析，并對產業鏈的未來發展模式，以及如何實現健康、可持續發展提出了建議。
一、 中國物流移動機器人（AGV/AMR）產業發展概述
物流移動機器人是AGV（Automated Guided Vehicle）及AMR(Autonomous Mobile Robot)的統稱，是實現柔性制造、裝配及自動化物流輸送的關鍵設備之一。近幾年來，隨著國家“制造強國”戰略及智能制造政策的不斷推進與實施，提升和改造傳統產業，提高裝備自動化和智能化水平，已成為企業實現高質量發展的迫切需求，從而促進了物流移動機器人市場需求的不斷上升，推動了產業的快速發展。
我國的物流移動機器人產業的規模化發展在2012年初現端倪，由于電商和快遞業的爆發式增長，催生了產業的蓬勃發展，物流移動機器人從傳統的搬運、裝配擴展到了倉儲、分揀、配送等各個環節；從輔助裝備變身為關鍵工藝裝備；從汽車、煙草、化工等制造行業延伸到電商、快遞、停車等服務行業。
物流移動機器人產業的快速發展，一方面是促進了技術進步，新方法、新模式層出不窮；與新一代信息技術的融合，使物流移動機器人系統的感知能力、自主決策能力得以提升，智能化水平顯著提高。另一方面是以政策與市場為導向的資本大量涌入，催生了大量新企業，產業規模迅速擴大。據移動機器人產業聯盟（簡稱“聯盟”）的數據顯示，在2012~2020年的八年中，以融資方式進入產業的資本總額超過了80億元，國內物流移動機器人企業由不足15家猛增到220余家，年均增速超過40%；至2019年，幾乎所有的叉車企業都加入到了此行列中，很多大型企業也新建或擴充專業裝備公司，來滿足企業自身對該類裝備的需求。中國物流移動機器人的產業規模由原來不足5億元/年，到2020年已增至76.8億元，年均增長率也超過了40%，且目前依然保持著強勁的增長勢頭，2020年生產規模超億元的企業有24家。
從企業布局來看，大致分成了兩大陣營：一類是立足行業，即從用戶的實際需求出發，分析不同行業的具體工藝及裝備，實現產品定制化服務，做到“吃啥有啥”，此類產品在制造業生產工藝中表現突出，但大規模發展的可能性小。另一類是立足產品，即在工藝模式上有自己的創新理念，更多是將新的工藝模式及產品理念推廣給用戶，實現產品標準化服務，做到“有啥吃啥”，產品在倉儲物流領域的應用中表現尤為突出，易于實現大規模發展。
產業的快速發展令人欣喜，但引起的問題也不容忽視，這些問題涵蓋了市場營銷、產品標準、服務網絡等各個方面。為此聯盟在2019年提出建設標準體系，并于2020年底發布了由60余家企業參與起草的“工業應用移動機器人”6項通用團體標準，其目的就是要加強企業自律行為，促進產業健康、可持續發展，達成企業共識——加強產品規范，明確產品定位，幫助用戶清晰需求范圍，加強自身保護。同時也期望通過標準的貫徹實施，能夠加快推動產業“從有到優”的發展步伐，實現產業的高質量發展。另外，要讓更多企業逐漸形成共存、共生、共贏的意識，不僅在項目上謀求相互合作、相互兼容，也期望盡快建立完善服務網絡，共同維護好產業市場。
分三步走的“制造強國”戰略一直到2045年，在未來十年，傳統產業轉型升級的需求依然旺盛，依然是移動機器人產業發展的良好時期。筆者認為：企業整合、供應鏈細分將是未來的發展趨勢；在國家“兩業融合”政策驅動下，產品制造與設備運營一體化的商業模式會越來越明顯；專注營銷和產品服務的公司會越來越多；在技術層面上，依托5G技術的“云化”調度方式將會被用戶逐漸接受，系統支持遠程運維、預防性維護等技術將會被關注。
二、 物流移動機器人核心配套件分類
物流移動機器人系統由固定部分與移動部分組成。其中，固定部分即地面系統（Stationary system），包括上位調度系統、導航系統、充電系統及通信系統；移動部分即為移動機器人單機，包括車體、驅動裝置、導航裝置、通信裝置、車載控制系統、安全防護裝置、執行機構等，如圖1所示。
圖1物流移動機器人系統組成
物流移動機器人上位調度系統是根據業務流程對多臺移動機器人進行任務優化排序，車輛動態分配、路徑動態規劃，在不同的應用中，采用的調度策略各不相同；地面導航系統為移動機器人提供導航定位信號，即根據不同的導航方式，在運行區域地面或周圍布置相應的導航標識，機器人通過識別標識實現主動導航定位。也有不常用的被動導航系統，即由地面導航系統直接確定單機位姿；供電系統是為物流移動機器人提供或補充動力的系統，根據單機不同的供電方式進行設備數量及能力配置；通信系統是用于上位調度系統與移動機器人之間，調度系統與其他相關外圍系統及設備之間的信息交互，可采用不同的傳輸方式（有線、無線、紅外、載波等）。
物流移動機器人車體即機械本體，是移動機器人的基礎構件，依據承載物料的重量、尺寸等條件設計制造；驅動裝置是實現物流移動機器人行駛及轉向的機械裝置的統稱，除電機、減速箱、驅動輪等主要傳動部件外，還包括伺服控制器及其附屬的傳感器件；導航裝置即移動機器人獲取導航定位信號的傳感器，不同的導航方式采用不同的傳感器；車載控制系統是控制移動機器人手動或自動行駛的硬件及軟件的總稱，主要負責實現導航計算、路徑跟蹤、運動控制等功能；電源裝置是移動機器人的動力源及附屬裝置的總稱，一般是指蓄電池（鉛酸、鎳氫、鎘鎳、鋰離子等）及車載充電連接裝置，也有特殊應用的其他方式，如：超級電容、感應式（無接觸）供電等；安全防護裝置是物流移動機器人實現主動防護的關鍵裝置，包括接觸式與非接觸式。
由系統組成來看，物流移動機器人核心配套件（硬件及軟件）主要包含了以下部件、器件及軟件：
機械類：機械本體（車體）、驅動總成、執行機構等；
電氣類：蓄電池、無接觸供電（CPS）套件、充電設備、無線通信設備、車載控制器、伺服驅動器、激光雷達、衛星定位組件、慣性導航組件、RFID讀取器、二維碼讀取器、磁/電磁傳感器等；
軟件類：上位調度、系統監控、車載控制、規劃工具、配置工具等。
三、 國內物流移動機器人核心配套件市場發展
產業的長遠發展必須立足于自主創新，擺脫對國外技術和產品的依賴是中國物流移動機器人產業健康穩步發展的必經之路。近5年尤其是中美貿易戰升級以來，隨著國內物流移動機器人產業的快速發展，包括核心配套件在內的產業生態圈已逐漸形成，細分的供應鏈市場不斷完善壯大，自主技術的國產配套產品已基本涵蓋了整機生產各個方面。
1.發展階段及其特點
國產自主技術物流移動機器人從一開始就走上了類似歐美的技術路線，在1990年代，開啟了自主技術的研發與應用，最先被掌握的是控制軟件以及少量用于磁帶或電磁導航的專用傳感器，再者就是能夠直接被采用的國產蓄電池和充電機。限于當時的年產量，很多硬件并沒有進行產品化，常以簡陋的PCB板直接面對用戶。而包括車載控制器、激光雷達、驅動總成、伺服控制器在內的主要部件仍然依賴進口，使整機成本居高不下。
2003年左右，隨著國內汽車工業的蓬勃發展，基于日本技術理念的簡易型移動機器人開始在中國市場出現，其簡易的應用模式更適合汽車總裝流程的原料配送，加之價格低廉、易于部署、易于操作等優勢，很快被國內汽車廠采用，物流移動機器人產業規模得到了一定的發展，與之相配套的核心部件，如：差速驅動轉向架（含伺服控制器）、磁帶導航傳感器、基于單片機的車載控制器得到發展，形成了小規模的市場。
2012年后，隨著高速發展的電商對物流時效性要求不斷提升，隨著工業4.0成為制造業發展趨勢，由于國家政策的導向，物流移動機器人從幾乎不為人知的小眾產品一躍成為“智能制造”新寵兒，同時在資本的驅動下，新興公司不斷涌現。據聯盟2020年數據顯示，在250余家核心配套件企業中，涉及激光雷達的有27家，涉及驅動部件、電機及伺服控制器的有35家，涉及通訊類產品的有7家，涉及蓄電池的有50余家，涉及充電設備的有20余家……，核心配套件供應鏈細分市場逐漸形成。
2015年后，傳統的叉車企業逐漸感受到了市場的變化，采取集成技術或自主研發的方式進入物流移動機器人領域，此類企業不僅能夠提供整機產品，還可以為其他企業定制生產專業的叉車車體（機械本體），通過合理配置，將工業車輛的伺服驅動、輪系布置、液壓舉升等技術應用到了產品中，一舉改變了叉車整機改裝的局面，減少了浪費，大幅度降低了物流移動機器人企業的設計制造成本。配合叉車企業的變化，部分叉車配套廠家同樣看到了機會，設計制造了各種專用驅動總成，打破了長期依賴國外（德國、意大利）進口的局面，加之低壓交流電機在叉車行業的推廣以及伺服控制技術的進步，使得同類產品的售價低于國外進口的二分之一。
2.從主要配套件看技術進步
在移動機器人系統中，上位調度系統及車載控制系統軟件最能體現系統核心技術。隨著應用模式的不斷增多，調度系統的應用策略也在不斷完善豐富，從流程型、節拍型、到離散型的行業，從串聯型、并聯型、到混聯型的系統，都有了切實的應用案例。隨著各行業智能制造的深入推進，調度系統不再是傳統意義的任務管理、車輛分配與交通管理，而是賦予了更多的內容，以促使“智能生產”與“智能物流”相互融合。為此，移動機器人企業通常會對目標行業進行深入研究，構建一套適合行業工藝特征的調度系統，成為行業技術壁壘乃至核心競爭力。也正因如此，包括國外先進公司在內，均無法提供包打天下的調度系統。近兩年來，車載控制系統在硬件技術不斷進步的情況下，控制水平也在節節攀升！從無反射板激光導航到視覺導航，從高位存取到多層疊放，從自動避障到自動裝卸……智能化水平不斷提升，部分技術超越了國外先進水平。國內還出現了以提供核心技術為主、整機業務為輔的技術型企業，以調度系統軟件、車載控制硬件及軟件為主要產品。
在電氣類配套件中，筆者印象最深的是激光雷達和北斗衛星定位技術。2002年前應用的激光導航技術還只是基于測角，并沒有飛行時間（TOF-Time of Flight）測距技術，在當時已經掌握光學原理以及測角定位算法的基礎上，國內依然找不到一家企業能夠生產激光雷達，無論是激光二極管、砷化鎵傳感器，還是高精密的碼盤都達不到要求。但國內技術發展到今天，國產激光雷達產品系列豐富，單線型、多線型應有盡有，產品不僅能夠滿足非接觸安全防護的需求，更能滿足反激光導航要求，其角度分辨率與測距精度都已達到了國外同類產品的水平，徹底打破了國外壟斷的局面。部分企業還根據自身產品的特性，開發集成了激光導航定位算法，降低了整機企業的開發難度。另外就是北斗衛星定位技術，2015年，僅依靠我國北斗衛星定位系統及地面差分站，筆者親眼目睹了12米長、2.5米寬的室外重載AGV，在承載120噸的情況下，單機重復定位精度小于5cm，運行覆蓋范圍可達10km。國內目前至少有4家企業能夠提供類似的北斗衛星地面導航系統及其硬件產品。二十年前，一個用于導航的進口單軸壓電晶體陀螺（Gyroscope）比控制器還貴，而在今天，慣性器件（IMU-Inertial Measurement Unit）完全能夠集成在控制器中，而整個控制器的價格僅為當年進口陀螺的1/3左右。
在通信技術方面，從4800bps的射頻（RF-Radio Frequency）通信發展到了百兆計的WiFi通信，又發展到了目前的5G通信，無論是在數據量和實時性上都有了極大的提升，再也不用為AP切換、無線漫游、通信丟失等非本專業問題而苦惱了。在復雜項目實施時，還能夠得到專業通信公司提供的幫助，大大降低了系統部署難度。
除以上談及的主要配套件外，其他的配套器件在技術上也都取得了長足進步，如：UWB無線定位技術能夠解決人機混行交通安全問題；無接觸的充電技術能夠解決潔凈區域的充電問題；驅動裝置的承載能力和牽引能力也不斷攀升，蓄電池的能量比也越來越高……，硬件技術提升以及成本降低，更加拓寬了產品應用范圍。
總體來看，國內核心配套件市場逐漸趨于完善成熟，核心技術自主可控，產品質量不斷提升，銷售價格穩中有降，從根本上推動了物流移動機器人產業的快速發展。
四、 從產業視角看核心配套件技術發展趨勢
產業發展到今天，其實很多核心配套件企業已經不僅僅是傳統意義的供應商了，他們的技術在向下游延伸，更像是整機企業的技術支持者：驅動總成企業可以根據移動機器人的承載指導設計選型，運行速度、轉向角度也可以由伺服控制器獨立完成，其精度及響應時間都優于來自車載控制器的閉環控制；導航產品企業更是能夠根據自身產品的特性，開發導航定位算法，將位姿信息直接提供給車載控制系統，控制器不再需要進行復雜計算，降低了車載控制系統的復雜度……種種跡象表明，未來移動機器人產業會像汽車、叉車產業一樣，不僅是簡單的產業細分，更是會向著“讓專業的企業做專業的事”這個方向發展，整機生產企業或許會更像總裝廠，不再需要掌握全部技術，這就會極大降低生產制造的技術門檻。同時，這也將給傳統移動機器人企業帶來新的挑戰。
筆者認為，隨著產業規模的繼續擴大，物流移動機器人必然會以標準化、可配置化的產品來應對定制化的市場。為此，核心配套件的硬件接口將更加標準，控制軟件將更加可配置，業務層的數據傳遞及表達將更加統一，核心技術也將更加細分。這些變化，一方面能夠聚集多方力量，減少研發風險，提升產品質量，降低生產成本，增強應對市場的能力；但另一方面，產品同質化的風險將會加劇，市場競爭更加激烈，利潤空間會被進一步壓縮。
總之，前景可期，但道路依然坎坷！筆者建議：中國物流移動機器人產業的發展需要更多的專業人才，加大技術及技能人才培養應該成為高校、企業的長期規劃；所有企業都應重視標準的貫徹執行，這是控制產品質量與成本的重要手段，也將成為用戶手中的“尺子”；應高度重視產品運行的安全性和可靠性，共同維護好產業信譽；應盡快建立起完善的售后服務體系，實現類似汽車4S店模式的本地化服務；系統的智能化水平仍需繼續提升；應對非常規環境（無法滿足人類活動的作業環境，如防爆、輻射、高低溫等）的產品技術有待提高。
