文｜楊文華

云南昆船智能裝備有限公司

中國船舶集團(tuán)高級專家 

CMR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專委會、標(biāo)委會主任

AGV（Automated Guided Vehicle）以工業(yè)移動機(jī)器人的身份在國內(nèi)應(yīng)用發(fā)展超過25年了，從最初的引進(jìn)技術(shù)，到現(xiàn)在的自主研發(fā)、行業(yè)壯大，甚至技術(shù)超越，經(jīng)歷了“引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新”的全過程。近幾年，隨著國家“制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”和“智能制造”戰(zhàn)略的落實(shí)，AGV從幾乎不為人知的小眾產(chǎn)品成長為了具有一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，各行業(yè)對AGV都呈現(xiàn)出了旺盛的需求。而更為欣喜的是，新概念、新技術(shù)、新人才、新實(shí)體不斷涌現(xiàn)，行業(yè)規(guī)范、行業(yè)細(xì)分也逐漸走上了正軌。近年來，行業(yè)中出現(xiàn)了AMR（Autonomous Mobile Robot）這一新概念，本文將從技術(shù)發(fā)展歷史及其技術(shù)特征來談?wù)凙GV與AMR。

1. 歷史沿革

AGV最早出現(xiàn)在上世紀(jì)50年代的美國，按照機(jī)器人的三大特征，即代替人進(jìn)行工作；具有通用性；直接對外界作用，AGV隸屬機(jī)器人。由于最早的功能就是物料搬運(yùn)，所以用了Vehicle（運(yùn)載工具）這一英文單詞。在2003年前的一些文獻(xiàn)資料中，AGV的英文名詞其實(shí)也沒有完全統(tǒng)一，有稱其為Autonomous Ground Vehicle的、有稱其為Automatic Guided Vehicle或Autonomous Guided Vehicle的，甚至也有直接稱其為Unmanned Vehicle的。在國內(nèi)的名稱也很雜亂，曾經(jīng)出現(xiàn)“無人小車”、“無人搬運(yùn)車”、“自動導(dǎo)引運(yùn)輸車”等。

2011年，在全國物流倉儲標(biāo)委會成立時，要求制定相關(guān)產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)，在結(jié)合了多位專家的建議后，最終將此類產(chǎn)品的中文名稱定義為“自動導(dǎo)引車”，英文名稱選用了Automated Guided Vehicle，即AGV。上世紀(jì)六十年代，為了突出與玩具及人形機(jī)器人的區(qū)別，把工業(yè)應(yīng)用的機(jī)器人稱為工業(yè)機(jī)器人；二十多年前，為了突出與其他工業(yè)機(jī)器人的區(qū)別，又出現(xiàn)了一個比較學(xué)術(shù)的英文名詞——WMR（Wheeled Mobile Robot），即輪式移動機(jī)器人，其典型代表就是美國2003年的“勇氣號”火星車。這樣起來看，AGV就是“工業(yè)應(yīng)用的輪式移動機(jī)器人”。最新國家標(biāo)準(zhǔn)的定義是：具備物料運(yùn)輸或操作能力，以輪式移動為特征，基于環(huán)境標(biāo)記物或外部引導(dǎo)信號，沿預(yù)設(shè)路線運(yùn)動的自主移動設(shè)備。

AMR是Autonomous Mobile Robot的英文縮寫，即自主移動機(jī)器人。從字面上理解，AMR的范圍應(yīng)該很廣，天上飛的無人機(jī)（UAV-Unmanned Aerial Vehicle），水中游的無人潛航器（UUV-Unmanned Underwater Vehicle 以及AUV-Autonomous Underwater Vehicle），也都應(yīng)該屬于此類。但在移動機(jī)器人領(lǐng)域，AMR同樣是“工業(yè)應(yīng)用的輪式移動機(jī)器人”。

2. AMR與AGV的區(qū)別

AMR與AGV的區(qū)別更多應(yīng)該表現(xiàn)在“自主性（Autonomous）”上，但到目前為止，并沒有看到AMR的準(zhǔn)確定義，看到的僅僅是一些國外市場研究機(jī)構(gòu)關(guān)于AMR與AGV區(qū)別的描述，那些描述都無法給AMR定性。其中典型的表述：

AMRs, unlike AGVs use on-board navigation, rather than external markers for localization, typically AMRs use SLAM based navigation, but this is not always the case，——以SLAM導(dǎo)航為基礎(chǔ)，不需借助外部標(biāo)記物，但也不都是這樣；

AGVs using SLAM navigation are normally referred to as AMRs, but as there are shades of grey, it has never been properly defined when a vehicle is an AGV or an AMR，——用SLAM導(dǎo)航的AGV通常就被稱為AMR，但不可能準(zhǔn)確定義一輛車是什么時候是AGV、什么時候是AMR。

從這些表述中總結(jié)AMR的特征：第一SLAM導(dǎo)航；第二不需要外部標(biāo)記物；第三不能完全肯定。其中都沒有提到AMR的“自主（Autonomous）”特征。什么是AMR呢？根據(jù)筆者的認(rèn)知，“不需要外部標(biāo)記”是必要特征，但如果SLAM僅僅用于導(dǎo)航定位，與別的導(dǎo)航算法（如NDT）作用是一樣的，因此，AMR的“自主”應(yīng)該與導(dǎo)航算法無關(guān)，更多是關(guān)于“預(yù)設(shè)路徑”還是“非預(yù)設(shè)路徑”的問題，否則無法區(qū)別于被稱為“輪廓導(dǎo)航”、“環(huán)境導(dǎo)航”又或是“自然導(dǎo)航”的AGV，因?yàn)檫@些導(dǎo)航同樣“不需要外部標(biāo)記”。再則，根據(jù)市場描述AMR非常重要的特征是：主動繞行障礙物。主動繞行的確是AMR計(jì)算的“非預(yù)設(shè)路徑”，但問題是“能夠主動繞行障礙物的自然導(dǎo)航AGV”就是AMR么？如果不是，AMR的“自主性”的范圍就值得商榷了！ 

目前，自然導(dǎo)航AGV與AMR都須在已知的環(huán)境中運(yùn)行，即事先構(gòu)建并獲得運(yùn)行環(huán)境的全局坐標(biāo)，都必須知道自己的當(dāng)前位置和目標(biāo)點(diǎn)的位置；當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)確定后，在行駛路徑上，AMR運(yùn)行有兩種模式：一種是AMR按事先規(guī)劃的預(yù)設(shè)路徑（地圖）運(yùn)行，當(dāng)在行駛路徑遇到障礙時，能夠繞行障礙。而目前自然導(dǎo)航AGV遇到障礙時停止，障礙物消失后延時自動運(yùn)行或等待人工確認(rèn)。另一種是AMR根據(jù)坐標(biāo)信息或是尋找目標(biāo)特征，動態(tài)規(guī)劃路徑，即非預(yù)設(shè)路徑，自主決定可行使的區(qū)域。而自然導(dǎo)航AGV是由上位系統(tǒng)或單機(jī)自身對預(yù)設(shè)路徑進(jìn)行“搜索”，中獲取運(yùn)行信息，并按預(yù)設(shè)路徑進(jìn)行“導(dǎo)引（Guided）”或路徑跟蹤，一旦運(yùn)行范圍超過安全區(qū)域（Safety zoon）即為故障。

如果AMR是第一種模式，那么“能夠主動繞行障礙物的自然導(dǎo)航AGV”就是AMR了，AMR與自然導(dǎo)航AGV也就沒有本質(zhì)的區(qū)別，是部分功能（繞障）的增強(qiáng)，自然導(dǎo)航AGV可實(shí)現(xiàn)。

如果是第二種模式，AMR將可能具備很大的優(yōu)越性。體現(xiàn)在交通管理方面，由于單機(jī)具備動態(tài)路徑規(guī)劃能力，當(dāng)多臺AMR相遇時，能夠主動避讓，不會出現(xiàn)“死鎖”現(xiàn)象。而對AGV系統(tǒng)來說，單機(jī)必須按路徑行駛，無論是上位系統(tǒng)分配路徑還是單機(jī)申請路徑，都不可避免出現(xiàn)阻塞甚至“死鎖”現(xiàn)象。

這樣分析下來，AMR的主動性應(yīng)該體現(xiàn)在：單機(jī)能夠即時動態(tài)規(guī)劃路徑?！胺穷A(yù)設(shè)路徑”才是AMR唯一的標(biāo)簽，也只有這個功能AGV才不具備，畢竟是經(jīng)過“導(dǎo)引（Guided）”的，即使出現(xiàn)局部“盲導(dǎo)（Blind）”，也須運(yùn)行在預(yù)設(shè)路徑上。

3. 可能產(chǎn)生的影響

1999年，美國MHI（Material Handling Industry）曾發(fā)布了一份關(guān)于AGV的公開技術(shù)資料，系統(tǒng)地描述了AGV的基礎(chǔ)知識，并總結(jié)了使用AGV的好處（Benefits）。雖然過去了20年，但其中關(guān)于AGV單機(jī)運(yùn)行最重要的幾個特征（安全性、可預(yù)期性、可重復(fù)性等）仍然值得重視。我們簡單討論一下，在工業(yè)應(yīng)用場合中“非預(yù)設(shè)路徑”的移動機(jī)器人可能產(chǎn)生的影響：

安全性（Safety）——在絕大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用場合中，出于安全的考慮，人員路徑、物流路徑被事先指定，也就限制了移動機(jī)器人對路徑的動態(tài)規(guī)劃功能，只能在被允許的區(qū)域內(nèi)安全運(yùn)行，超出該區(qū)域?qū)⒈徽J(rèn)為不安全；

可預(yù)期性（Predictability）——對于大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用需求，更希望移動機(jī)器人的任務(wù)可被預(yù)期，其中最重要的是任務(wù)執(zhí)行時間可預(yù)期，“非預(yù)設(shè)”路徑增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，不可預(yù)測性增大；

可重復(fù)性（Repeatability）——AGV最初的基本用途就是在重復(fù)的路徑上搬運(yùn)貨物?？芍貜?fù)、可再現(xiàn)也是工業(yè)應(yīng)用的基本要求，與可預(yù)期性類似?！胺穷A(yù)設(shè)”將使移動機(jī)器人運(yùn)行路徑的重復(fù)概率大大降低。

筆者認(rèn)為，目前國內(nèi)運(yùn)行的AMR系統(tǒng)大多數(shù)是局部的“非預(yù)設(shè)路徑”，在已實(shí)施的系統(tǒng)中，單機(jī)承載和尺寸都較小，靈活性較高，能夠主動避障繞行，體現(xiàn)出更先進(jìn)的一面，但在實(shí)際的應(yīng)用中，必須注重周圍環(huán)境（包括垂直方向）識別，以確保避障繞行時的安全；AGV按“預(yù)設(shè)路徑”運(yùn)行，安全性及運(yùn)行秩序相對可控，但也應(yīng)汲取AMR的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)更加柔性化，可以想象，未來AGV系統(tǒng)也會出現(xiàn)區(qū)域性的開放，即在特定區(qū)域內(nèi)沒有預(yù)設(shè)路徑限制，單機(jī)能夠自主行駛；在任務(wù)優(yōu)化調(diào)度方面兩者使用技術(shù)是相通的；而交通管理方面，AGV系統(tǒng)的“潮汐”動態(tài)路徑，“十字路”編隊(duì)通過等技術(shù)也值得AMR系統(tǒng)借鑒。

4. 總結(jié)

為了突出自身特點(diǎn)，區(qū)別于傳統(tǒng)AGV，部分新興企業(yè)更愿意稱自己的產(chǎn)品為AMR。但行業(yè)內(nèi)的傳統(tǒng)企業(yè)，在解釋不清AGV與AMR的區(qū)別時，只能繼續(xù)把自己的產(chǎn)品稱為AGV，與人的名字一樣，叫了一輩子的“張三”，突然改名會讓人感覺很奇怪。

就目前情況看來，AMR與“位置估算（Dead reckoning）”導(dǎo)航算法的AGV沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是部分功能的增減，應(yīng)相互借鑒優(yōu)點(diǎn)，無論是AGV或是AMR只是產(chǎn)品“代號”，應(yīng)當(dāng)理性認(rèn)識、理性宣傳。