重載型移動機器人，是一種以電池或內(nèi)燃機作為動力、配備大功率電機、減速機及萬向驅(qū)動輪實現(xiàn)靈活運行，具有車速調(diào)節(jié)、升降補償、車輛制動、全方位轉(zhuǎn)向、自由路徑規(guī)劃、自動引導、在線快速充電、多車編組聯(lián)動等功能， 同時可被集中調(diào)度管理的智能車輛。其工作流程是由人工手動或自動將貨物或工件裝載在移動機器人上，自動行走到指定地點，再將貨物或工件卸下來的移動運輸工具，可以應用在許多固定的或不固定的運輸場合。
一般移動機器人的負載都在2噸以內(nèi)，2噸-10噸為偏重載型，重載型移動機器人的裝載能力一般為 10 噸以上。根據(jù)用戶需求，動力和執(zhí)行機構形式、車輛長度、寬度、提升高度、驅(qū)動能力、續(xù)航里程等性能參數(shù)均可按需設計。
重載式AGV以大尺寸、高承載為特征，在一些重型機械廠、還有鐵路交通、特種行業(yè)、港口機場、大型電壓器廠、重型汽車制造廠等等這些場所都需要大型噸位的AGV來滿足。近兩年，隨著重載AGV應用領域的擴大，進入這一領域的企業(yè)也在不斷增多。
表：國內(nèi)主要重載AGV廠商（資料來源于新戰(zhàn)略移動機器人研究所）
從上表中可以看出，國內(nèi)目前已有一批企業(yè)相繼開發(fā)了重載型移動機器人，但細看之下可以發(fā)現(xiàn)，從新松、機科到振華重工，重型移動機器人開發(fā)廠商以老牌的AGV企業(yè)和大型機械設備廠商為主，新興企業(yè)相對較少。
技術難度是一方面原因，相對于一般移動機器人言，重載型產(chǎn)品面臨更高的技術條件和配套支持，主要體現(xiàn)在以下幾方面：
1） 承載及驅(qū)動系統(tǒng)設計技術
為了確保移動機器人的可控性及靈活性，機器人的承載輪數(shù)量盡量減少，以方便轉(zhuǎn)向及控制。而承載輪數(shù)量的減少會帶來三個方面的問題，一是對輪胎承載能力、車輛承重橋系統(tǒng)提出了更高要求；二是使得移動機器人輪胎對路面的壓強大幅提高；三是驅(qū)動及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計變得更加復雜。
2） 控制技術
在低速輕載移動機器人系統(tǒng)中，一般將移動機器人系統(tǒng)的運動學方程及動力學方程通過一定的假設進行簡化，便可實現(xiàn)整個系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠控制 。而重載移動機器人在空載及重載兩種狀態(tài)時質(zhì)量變化巨大、質(zhì)心位置常會發(fā)生很大偏移，進而影響行走系統(tǒng)附著力的變化，這三個參數(shù)變化在實際工作中處于不可測狀態(tài)，導致轉(zhuǎn)向參數(shù)及控制參數(shù)的不確定性。因此，重載移動機器人如何保證高速運行時的軌跡跟蹤精度、操控穩(wěn)定性及行駛平順性，一直是行業(yè)研究的重點。
3）安全系統(tǒng)設計技術
安全性研究在移動機器人領域已經(jīng)成為了研發(fā)熱點，而重載移動機器人自身質(zhì)量大，所承載的被搬運構件質(zhì)量更大，兩者累加導致其在高速運行時的慣量極大， 發(fā)生安全事故造成的損失難以估量。因此對其安全防護系統(tǒng)提出了更高要求。
3）定位、導航技術
重載移動機器人一般車體較大，對自身姿態(tài)誤差敏感，運動學方程更復雜，而重載高速運行過程中必須要兼顧動力學模型的準確性，使得重載移動機器人的控制難度大幅提高。
技術之外，重載移動機器人的市場準入門檻相對也較高，重型移動機器人的主要應用領域集中在港口碼頭、鐵路交通以及一些特種行業(yè)，這些行業(yè)對于設備的選擇非常嚴謹?shù)模话闫髽I(yè)要想進入難度很大。尤其是港口碼頭領域，基本上被大型機械廠商所壟斷。
不過盡管進入門檻較高，但還是有越來越多的企業(yè)開始進入到重載移動機器人這一領域，除了意在拓寬自身產(chǎn)品線之外，最大的原因還在于，相較于一般產(chǎn)品，重載型的利潤會更高，在利潤驅(qū)使下，企業(yè)想要進入也不足為奇。
未來方向——柔性、智能、高負載
在入局企業(yè)不斷增多的同時，重載移動機器人發(fā)展也在不斷加速。
此前的重載移動機器人多以磁導航為主，在大型機械設備生產(chǎn)等室內(nèi)場景的應用中，重載移動機器人通過在地面鋪設磁條，測量路徑上的磁場信號來獲取車輛自身相對于目標跟蹤路徑之間的位置偏差，從而實現(xiàn)車輛的控制及導航。在港口碼頭等室外應用場景，大部分通過鋪設磁釘來實現(xiàn)重載機器人的定位導航，不過受港口環(huán)境高度動態(tài)變化影響， 港口重載移動機器人要和大型機械進行互動并融入碼頭的生產(chǎn)業(yè)務流程，單靠一種傳感器無法實現(xiàn)精準定位，因此，一般會采用混合導航的方式來彌補單一導航技術的不足，磁釘加慣導相結合的導航方式應用的最為普遍。
磁導航的優(yōu)勢是性價比高且安裝方便，且不會受到光照、天氣或其他障礙物的影響；不過磁導航的劣勢也很明顯，柔性化程度過低，需要對地面進行改造，路線也較為固定，不易變更。
而近幾年，伴隨著技術的不斷發(fā)展，重載型移動機器人的導航方式也日益豐富，激光、視覺、衛(wèi)星定位等更多的導航解決方案開始逐漸應用。國自機器人基于其在激光導航產(chǎn)品的豐富積累，推出了基于激光導航的重載移動機器人產(chǎn)品。2019年，在粵港澳大灣區(qū)首個全自動化碼頭廣州港南沙四期工程中，振華重工為其打造了新一代重載移動機器人采用衛(wèi)星導航定位、激光雷達SLAM、視覺SLAM等多傳感器融合定位技術，更加靈活智能。當前，越來越多的重載移動機器人廠家都在探索各導航方式的融合應用。
表：重載移動機器人各類導航方式
導航技術之外，在負載方面，重載移動機器人也在不斷突破。2018年，馳眾經(jīng)過7年研發(fā)攻關，推出了一款“200噸重載AGV”；2020年8月，國內(nèi)首臺、達國際先進水平的240T重載AGV在朗譽科技研制成功。
總體而言，從技術發(fā)展角度看，未來重載移動機器人將朝著更加靈活智能的方向發(fā)展，同時將不斷挑戰(zhàn)更大的單車載荷能力，甚至將發(fā)展出 500 噸級的型號，并將對多車編組運行方式進行深入探索，以滿足對特殊外形尺寸、特大載荷等應用的需求。同時，對每一個市場細分領域的需求將做深、做足，發(fā)展出滿足特定需求的細分型號。
在技術不斷發(fā)展的基礎上，未來，對于核心器件的研發(fā)和量產(chǎn)，提高自主研發(fā)技術的占比，也將是未來國內(nèi)重載移動機器人企業(yè)的發(fā)展必由之路，包括：大功率電機、減速機、運動控制器等核心器件的設計和制造，將是打破進口壟斷，降低采購成本，從而提高國產(chǎn)產(chǎn)品競爭力的有效手段。
事實上，重載移動機器人不斷創(chuàng)新的背后，也得益于應用市場的不斷擴大。港口、機場、飛機制造、鐵路機車檢修及制造、造紙印刷等這些重型作業(yè)，原來主要由重卡、集裝箱、龍門吊和大量人力來完成， 現(xiàn)如今也嘗試了技術創(chuàng)新，通過引入重載移動機器人替代了原始、粗放的作業(yè)模式。機器換人不僅解決了許多流程中的高危隱患，也在人力成本和信息化成本上大幅節(jié)約，整體邁入自動化、信息化、智能化的運營模式，而不斷擴大的市場需求也在推動重載移動機器人技術的不斷迭代更新，只要市場的需求量足夠大，企業(yè)的研發(fā)投入也會不斷加大，技術的發(fā)展速度也會越來越快。重載移動機器人，未來將會有更大發(fā)展?jié)摿蛻猛茝V的領域。
為了深度解析重載移動機器人技術發(fā)展及市場應用現(xiàn)狀，由中國移動機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主編，新松機器人、機科發(fā)展、北京特種機械研究所、東風專用設備、CSG華曉、航天思爾特、國自機器人、匯聚自動化、天津朗譽、馳眾機器人、無錫愷韻來、三豐機器人、華晟智能、臨工智科等企業(yè)聯(lián)合參編的《2021重載移動機器人行業(yè)發(fā)展藍皮書》將于4月28日在海口舉行的《2021智慧港口建設暨戶外重載移動機器人及無人駕駛應用拓展峰會》上正式發(fā)布，敬請關注！
