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

AGV（Automated Guided Vehicle）以工業移動機器人的身份在國內應用發展超過25年了，從最初的引進技術，到現在的自主研發、行業壯大，甚至技術超越，經歷了“引進、消化、吸收、再創新”的全過程。近幾年，隨著國家“制造業高質量發展”和“智能制造”戰略的落實，AGV從幾乎不為人知的小眾產品成長為了具有一定規模的產業，各行業對AGV都呈現出了旺盛的需求。而更為欣喜的是，新概念、新技術、新人才、新實體不斷涌現，行業規范、行業細分也逐漸走上了正軌。近年來，行業中出現了AMR（Autonomous Mobile Robot）這一新概念，本文將從技術發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。在國內的名稱也很雜亂，曾經出現“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，要求制定相關產品的國家標準，在結合了多位專家的建議后，最終將此類產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別，把工業應用的機器人稱為工業機器人；二十多年前，為了突出與其他工業機器人的區別，又出現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“工業應用的輪式移動機器人”。

2. AMR與AGV的區別

AMR與AGV的區別更多應該表現在“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，否則無法區別于被稱為“輪廓導航”、“環境導航”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都須在已知的環境中運行，即事先構建并獲得運行環境的全局坐標，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根據坐標信息或是尋找目標特征，動態規劃路徑，即非預設路徑，自主決定可行使的區域。而自然導航AGV是由上位系統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也就沒有本質的區別，是部分功能（繞障）的增強，自然導航AGV可實現。

如果是第二種模式，AMR將可能具備很大的優越性。體現在交通管理方面，由于單機具備動態路徑規劃能力，當多臺AMR相遇時，能夠主動避讓，不會出現“死鎖”現象。而對AGV系統來說，單機必須按路徑行駛，無論是上位系統分配路徑還是單機申請路徑，都不可避免出現阻塞甚至“死鎖”現象。

這樣分析下來，AMR的主動性應該體現在：單機能夠即時動態規劃路徑。“非預設路徑”才是AMR唯一的標簽，也只有這個功能AGV才不具備，畢竟是經過“導引（Guided）”的，即使出現局部“盲導（Blind）”，也須運行在預設路徑上。

3. 可能產生的影響

1999年，美國MHI（Material Handling Industry）曾發布了一份關于AGV的公開技術資料，系統地描述了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單機運行最重要的幾個特征（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，在工業應用場合中“非預設路徑”的移動機器人可能產生的影響：

安全性（Safety）——在絕大多數工業應用場合中，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規劃功能，只能在被允許的區域內安全運行，超出該區域將被認為不安全；

可預期性（Predictability）——對于大多數工業應用需求，更希望移動機器人的任務可被預期，其中最重要的是任務執行時間可預期，“非預設”路徑增加了系統的復雜度，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。可重復、可再現也是工業應用的基本要求，與可預期性類似。“非預設”將使移動機器人運行路徑的重復概率大大降低。

筆者認為，目前國內運行的AMR系統大多數是局部的“非預設路徑”，在已實施的系統中，單機承載和尺寸都較小，靈活性較高，能夠主動避障繞行，體現出更先進的一面，但在實際的應用中，必須注重周圍環境（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的優點，使系統更加柔性化，可以想象，未來AGV系統也會出現區域性的開放，即在特定區域內沒有預設路徑限制，單機能夠自主行駛；在任務優化調度方面兩者使用技術是相通的；而交通管理方面，AGV系統的“潮汐”動態路徑，“十字路”編隊通過等技術也值得AMR系統借鑒。

4. 總結

為了突出自身特點，區別于傳統AGV，部分新興企業更愿意稱自己的產品為AMR。但行業內的傳統企業，在解釋不清AGV與AMR的區別時，只能繼續把自己的產品稱為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沒有本質的區別，只是部分功能的增減，應相互借鑒優點，無論是AGV或是AMR只是產品“代號”，應當理性認識、理性宣傳。