10吨级重型移动机器人市场分析

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重型移动机器人是以电池或内燃机为动力的智能车辆,配备大功率电机、减速器和通用驱动轮,实现灵活操作。具有调速、升降补偿、车辆制动、全方位转向、自由路径规划、自动引导、在线快速充电、多车分组联动等功能,可集中调度管理。其工作流程是在移动机器人上手动或自动装载货物或工件,自动走到指定地点,然后卸载货物或工件的移动运输工具。它可用于许多固定或不固定的运输场合。



入局企业数量不断增加。


移动机器人的负载一般在2吨以下,2吨-10吨为偏重载型,而重载型移动机器人的装载能力一般在10吨以上。根据用户要求,可根据需要设计动力和执行机构形式、车辆长度、宽度、举升高度、驱动能力和续航里程等性能参数。

重型自动导引车的特点是体积大、负载高。在一些重型机械厂,以及铁路运输、特殊行业、港口机场、大型电压设备厂、重型汽车厂等场所,都需要大吨位的AGV来满足要求。近两年,随着重型AGV/AMR应用领域的扩大,进入该领域的企业数量也在不断增加。


表:国内主要重型AGV厂商(数据来自新战略移动机器人研究院)。

从上表可以看出,国内多家企业相继研发了重型移动机器人,但细看之下发现,从宋新、机电一体化到振华重工,重型移动机器人的厂商主要是老牌AGV企业和大型机械设备制造商,新兴企业相对较少。

技术难度是原因之一。与一般移动机器人相比,重型产品面临更高的技术条件和配套支持,主要体现在以下几个方面:


1)承载驱动系统设计技术为了保证移动机器人的可控性和灵活性,尽可能减少机器人承载轮的数量,便于转向和控制。承重轮数量的减少会带来三个问题。一是对轮胎承载能力和车辆承载桥梁系统提出了更高的要求;二是大大提高了移动机器人轮胎对路面的压力;第三,驾驶和转向系统的设计变得更加复杂。

2)控制技术。

在低速轻载移动机器人系统中,一般通过一定的假设简化移动机器人系统的运动学方程和动力学方程,使得整个系统能够得到稳定可靠的控制。但重载移动机器人在空和重载状态下,质量变化较大,质心位置往往偏离较大,影响行走系统附着性的变化。这三个参数在实际工作中处于不可预测的状态,导致转向参数和控制参数的不确定性。因此,如何保证重载移动机器人在高速行驶时的轨迹跟踪精度、操纵稳定性和乘坐舒适性一直是行业研究的重点。

3)安全系统设计技术。

安全性研究已成为移动机器人领域的研发热点。然而,重型移动机器人质量很大,运输的部件质量更大。两者的累积导致高速运行惯性大,安全事故造成的损失难以估计。因此,对其安全防护系统提出了更高的要求。

3)定位导航技术。

重型移动机器人一般体型较大,对自身姿态误差敏感,运动方程较为复杂。然而,重载高速运行时必须考虑动态模型的精度,这大大增加了重载移动机器人的控制难度。

除技术外,重型移动机器人的市场进入门槛相对较高,主要应用领域集中在港口码头、铁路运输以及一些设备选型非常严格的特殊行业,一般企业很难进入。尤其是港口码头领域,基本被大型机械制造商垄断。

虽然进入门槛较高,但越来越多的企业开始进入重型移动机器人领域。除了扩大自己的产品线之外,最大的原因是,相比普通产品,重型移动机器人的利润会更高,企业因为利润想进入也就不足为奇了。

未来方向——灵活、智能、高负荷。


随着入局企业越来越多,重型移动机器人的发展也在加速。

此前,重型移动机器人主要以磁导航为主。在大型机械设备生产等室内场景的应用中,重型移动机器人通过在地面铺设磁条,测量路径上的磁场信号,获得车辆自身与目标跟踪路径的位置偏差,从而实现车辆控制和导航。在港口、码头等户外应用场景中,大多采用磁钉实现重型机器人的定位导航。然而,由于港口环境的高度动态变化,港口中的重型移动机器人需要与大型机械进行交互,并将其集成到码头的生产业务流程中,仅靠一个传感器无法实现精确定位。因此一般采用混合导航来弥补单一导航技术的不足,最常用的是磁钉与惯性导航相结合的导航方式。

磁导航的优点是性价比高,安装方便,不会受到光线、天气或其他障碍物的影响。但磁导航缺点明显,灵活度太低,地面需要改造,路线相对固定,难以改变。

近年来,随着技术的不断发展,重型移动机器人的导航方式日益丰富,激光、视觉、卫星定位等更多导航解决方案逐渐得到应用。基于激光导航产品的丰富积累,郭子机器人推出了基于激光导航的重型移动机器人产品。2019年,在粤港澳大湾区首个全自动化码头广州港南沙四期项目中,振华重工利用卫星导航定位、激光雷达SLAM、视觉SLAM等多传感器融合定位技术,打造了更灵活、更智能的新一代重型移动机器人。目前,越来越多的重型移动机器人制造商正在探索各种导航模式的融合应用。


表:重型移动机器人的各种导航模式。

除了导航技术,重型移动机器人在负载方面也在不断突破。2018年,经过7年的研发,赤中推出了“200吨级重载AGV”;2020年8月,国内首款达到国际先进水平的240T重型AGV在余浪科技研发成功。

总的来说,从技术发展来看,未来的重型移动机器人将向更加灵活、智能化的方向发展,同时不断挑战更大的单车载重能力,甚至会发展出500吨级的车型,并将进一步探索多车分组作业模式,以满足特殊尺寸、超大载重等应用需求。同时,将深化和满足各个市场细分领域的需求,开发满足特定需求的细分模型。


在技术不断发展的基础上,未来核心器件的开发和量产,提高自主研发技术的比重,也将是未来国内重型移动机器人企业发展的必由之路,包括大功率电机、减速器、运动控制器等核心器件的设计制造,将是打破进口垄断、降低采购成本、提高国产产品竞争力的有效手段。


事实上,重型移动机器人不断创新的背后,也得益于应用市场的不断扩大。这些繁重的作业,如港口、机场、飞机制造、铁路机车维修制造、纸张印刷等。,原本主要是由重型卡车、集装箱、龙门吊和大量人力完成的。现在也在尝试技术创新,引进重型移动机器人取代了原来粗放的作业模式。机器替代不仅解决了很多流程中的高风险隐患,还大大节约了人力成本和信息成本,整体进入了自动化、信息化、智能化的运营模式。不断扩大的市场需求也在推动重型移动机器人技术的迭代更新。只要市场需求足够大,企业的R&D投资就会不断增加,技术的发展速度也会越来越快。未来重型移动机器人将有更大的发展潜力和应用领域。


为深入分析重型移动机器人的技术发展和市场应用现状,由中国移动机器人产业联盟主编,宋新机器人、机械发展、北京特种机械研究所、东风特种装备、CSG肖华、航天Sylt、郭子机器人、融合自动化、天津余浪、驰众机器人、无锡凯云来、三丰机器人、华盛智能、龚琳智科等企业联合编撰的《2021重型移动机器人产业发展蓝皮书》将于4月28日在海口举行。

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