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(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專委會、標委會主任

AGV（Automated Guided Vehicle）以工業(yè)移動機器人的身份在國內(nèi)應用發(fā)展超過25年了，從最初的引進技術，到現(xiàn)在的自主研發(fā)、行業(yè)壯大，甚至技術超越，經(jīng)歷了“引進、消化、吸收、再創(chuàng)新”的全過程。近幾年，隨著國家“制造業(yè)高質量發(fā)展”和“智能制造”戰(zhàn)略的落實，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、新人才、新實體不斷涌現(xiàn)，行業(yè)規(guī)范、行業(yè)細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，本文將從技術發(fā)展歷史及其技術特征來談談AGV與AMR。

1. 歷史沿革

AGV最早出現(xiàn)在上世紀50年代的美國，按照機器人的三大特征，即代替人進行工作；具有通用性；直接對外界作用，AGV隸屬機器人。由于最早的功能就是物料搬運，所以用了Vehicle（運載工具）這一英文單詞。在2003年前的一些文獻資料中，AGV的英文名詞其實也沒有完全統(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”、“無人搬運車”、“自動導引運輸車”等。

2011年，在全國物流倉儲標委會成立時，要求制定相關產(chǎn)品的國家標準，在結合了多位專家的建議后，zui終將此類產(chǎn)品的中文名稱定義為“自動導引車”，英文名稱選用了Automated Guided Vehicle，即AGV。上世紀六十年代，為了突出與玩具及人形機器人的區(qū)別，把工業(yè)應用的機器人稱為工業(yè)機器人；二十多年前，為了突出與其他工業(yè)機器人的區(qū)別，又出現(xiàn)了一個比較學術的英文名詞——WMR（Wheeled Mobile Robot），即輪式移動機器人，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)應用的輪式移動機器人”。最新國家標準的定義是：具備物料運輸或操作能力，以輪式移動為特征，基于環(huán)境標記物或外部引導信號，沿預設路線運動的自主移動設備。

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

2. AMR與AGV的區(qū)別

AMR與AGV的區(qū)別更多應該表現(xiàn)在“自主性（Autonomous）”上，但到目前為止，并沒有看到AMR的準確定義，看到的僅僅是一些國外市場研究機構關于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導航為基礎，不需借助外部標記物，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導航的AGV通常就被稱為AMR，但不可能準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AMR的特征：第一SLAM導航；第二不需要外部標記物；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)筆者的認知，“不需要外部標記”是必要特征，但如果SLAM僅僅用于導航定位，與別的導航算法（如NDT）作用是一樣的，因此，AMR的“自主”應該與導航算法無關，更多是關于“預設路徑”還是“非預設路徑”的問題，否則無法區(qū)別于被稱為“輪廓導航”、“環(huán)境導航”又或是“自然導航”的AGV，因為這些導航同樣“不需要外部標記”。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計算的“非預設路徑”，但問題是“能夠主動繞行障礙物的自然導航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，自然導航AGV與AMR都須在已知的環(huán)境中運行，即事先構建并獲得運行環(huán)境的全局坐標，都必須知道自己的當前位置和目標點的位置；當目標點坐標確定后，在行駛路徑上，AMR運行有兩種模式：一種是AMR按事先規(guī)劃的預設路徑（地圖）運行，當在行駛路徑遇到障礙時，能夠繞行障礙。而目前自然導航AGV遇到障礙時停止，障礙物消失后延時自動運行或等待人工確認。另一種是AMR根據(jù)坐標信息或是尋找目標特征，動態(tài)規(guī)劃路徑，即非預設路徑，自主決定可行使的區(qū)域。而自然導航AGV是由上位系統(tǒng)或單機自身對預設路徑進行“搜索”，中獲取運行信息，并按預設路徑進行“導引（Guided）”或路徑跟蹤，一旦運行范圍超過安全區(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航AGV”就是AMR了，AMR與自然導航AGV也就沒有本質的區(qū)別，是部分功能（繞障）的增強，自然導航AGV可實現(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，由于單機具備動態(tài)路徑規(guī)劃能力，當多臺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，單機必須按路徑行駛，無論是上位系統(tǒng)分配路徑還是單機申請路徑，都不可避免出現(xiàn)阻塞甚至“死鎖”現(xiàn)象。

這樣分析下來，AMR的主動性應該體現(xiàn)在：單機能夠即時動態(tài)規(guī)劃路徑?！胺穷A設路徑”才是AMR唯一的標簽，也只有這個功能AGV才不具備，畢竟是經(jīng)過“導引（Guided）”的，即使出現(xiàn)局部“盲導（Blind）”，也須運行在預設路徑上。

3. 可能產(chǎn)生的影響

1999年，美國MHI（Material Handling Industry）曾發(fā)布了一份關于AGV的公開技術資料，系統(tǒng)地描述了AGV的基礎知識，并總結了使用AGV的好處（Benefits）。雖然過去了20年，但其中關于AGV單機運行zui重要的幾個特征（安全性、可預期性、可重復性等）仍然值得重視。我們簡單討論一下，在工業(yè)應用場合中“非預設路徑”的移動機器人可能產(chǎn)生的影響：

安全性（Safety）——在絕大多數(shù)工業(yè)應用場合中，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)安全運行，超出該區(qū)域將被認為不安全；

可預期性（Predictability）——對于大多數(shù)工業(yè)應用需求，更希望移動機器人的任務可被預期，其中zui重要的是任務執(zhí)行時間可預期，“非預設”路徑增加了系統(tǒng)的復雜度，不可預測性增大；

可重復性（Repeatability）——AGV最初的基本用途就是在重復的路徑上搬運貨物?？芍貜汀⒖稍佻F(xiàn)也是工業(yè)應用的基本要求，與可預期性類似?！胺穷A設”將使移動機器人運行路徑的重復概率大大降低。

筆者認為，目前國內(nèi)運行的AMR系統(tǒng)大多數(shù)是局部的“非預設路徑”，在已實施的系統(tǒng)中，單機承載和尺寸都較小，靈活性較高，能夠主動避障繞行，體現(xiàn)出更先進的一面，但在實際的應用中，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“預設路徑”運行，安全性及運行秩序相對可控，但也應汲取AMR的優(yōu)點，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)沒有預設路徑限制，單機能夠自主行駛；在任務優(yōu)化調度方面兩者使用技術是相通的；而交通管理方面，AGV系統(tǒng)的“潮汐”動態(tài)路徑，“十字路”編隊通過等技術也值得AMR系統(tǒng)借鑒。

4. 總結

為了突出自身特點，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）”導航算法的AGV沒有本質的區(qū)別，只是部分功能的增減，應相互借鑒優(yōu)點，無論是AGV或是AMR只是產(chǎn)品“代號”，應當理性認識、理性宣傳。