文｜黃滿婷
與蓬勃發(fā)展的室內(nèi)AGV相比，室外AGV的市場一直以來被看做潛力巨大的藍海，開墾進度卻緩慢，究其原因，主要還是室外導(dǎo)航的技術(shù)的研發(fā)難度過大且成本過高。
室外AGV導(dǎo)航的發(fā)展進程
室外AGV顧名思義就是在室外工作的AGV小車，室外AGV的主要場景有園區(qū)不同廠房之間的物料配送、港口碼頭的貨物裝卸、室外巡檢、無人配送。此外，還包括一些特殊行業(yè)中，如農(nóng)林業(yè)自動割草機、自動插秧機等……
根據(jù)不同的應(yīng)用場景與需求，室外AGV導(dǎo)航方案各不相同。就目前來說，在固定路線中磁釘導(dǎo)航的應(yīng)用相對成熟穩(wěn)定，而在需要自主導(dǎo)航的環(huán)境中則以激光或視覺為主，環(huán)境越復(fù)雜輔助傳感器也就越多，精度與速度需求越大，越接近于無人駕駛技術(shù)的原則。
在AGV室外應(yīng)用場景中，園區(qū)廠房間配送及巡檢的導(dǎo)航方式相對來說比較簡單。在這些簡單的場景中，由于道路軌跡相對固定，巡檢或搬運AGV一般只需鋪設(shè)磁導(dǎo)航就能實現(xiàn)物料搬運或巡檢工作。
磁導(dǎo)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(dǎo)航的劣勢也很明顯，柔性化程度過低，需要對道路進行改造，不便于大規(guī)模推廣，應(yīng)用場景受到嚴重限制。
盡管如此，在碼頭港區(qū)應(yīng)用的室外AGV中，同樣也有大量的磁導(dǎo)應(yīng)用。不過受港口環(huán)境高度動態(tài)變化影響， 港口AGV要和大型機械進行互動并融入碼頭的生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程，單靠一種傳感器無法實現(xiàn)精準(zhǔn)定位。因此，港口AGV一般采用混合導(dǎo)航的方式來彌補單一導(dǎo)航技術(shù)的不足，磁釘加慣導(dǎo)相結(jié)合的導(dǎo)航方式應(yīng)用的最為普遍。
室外自主導(dǎo)航的崛起
近年來，隨著需求和導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，室外的無軌導(dǎo)航也漸漸開始增多。無軌導(dǎo)航一般以激光或視覺導(dǎo)航為主。在簡單的非標(biāo)環(huán)境下，如物流園區(qū)等，室外導(dǎo)航需要配備激光傳感或視覺傳感來實現(xiàn)自主導(dǎo)航，如國自在上海大眾和安吉物流園區(qū)應(yīng)用的激光導(dǎo)航室外牽引式AGV，采用的是激光環(huán)境導(dǎo)航技術(shù)，通過測量式激光，輔以慣導(dǎo)技術(shù)，實現(xiàn)非標(biāo)環(huán)境下的室外自主導(dǎo)航。
不過在一些室外大場景中，盡管柔性化水平上已經(jīng)得到大幅改善，但激光導(dǎo)航或視覺的弊端在室外仍舊明顯，室外受光照、惡劣天氣等環(huán)境的影響，僅僅是基于激光或視覺的導(dǎo)航一方面存在盲區(qū)，一方面對于長距離駕駛的路徑規(guī)劃和統(tǒng)籌有限。因此，衛(wèi)星定位的重要性不言而喻。
衛(wèi)星定位成室外導(dǎo)航重頭戲
傳統(tǒng)行業(yè)習(xí)慣將衛(wèi)星定位統(tǒng)稱為GPS，事實上全球主要有四大定位系統(tǒng)：北斗（BDS），GPS，格雷納斯（GLONASS），伽利略（Galileo），GPS只是其中之一，是一種以空中衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無線電導(dǎo)航的定位系統(tǒng)。在使用過程中，真正的衛(wèi)星信號從遙遠的太空趕到地面,尤其要穿過電離層、路途上難免有差池，所以總有數(shù)米的誤差。而使用RTK差分的衛(wèi)星定位方法可實現(xiàn)厘米級定位，且適用于全局定位。
RTK是載波相位差分技術(shù)，是實時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法，網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)用戶設(shè)備主要配置有GNSS接收機及天線。所謂GNSS是對北斗系統(tǒng)（BDS）、GPS、GLONASS、Galileo等衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的統(tǒng)稱，指利用一組衛(wèi)星的偽距、星歷、衛(wèi)星發(fā)射時間等觀測量，以空中衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無線電導(dǎo)航的定位系統(tǒng)。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的優(yōu)點是能在地球表面或近地空間的任何地點可全天候3維坐標(biāo)和速度以及時間信息的空基無線電導(dǎo)航連續(xù)定位。缺點是由于GNSS定位依賴于空間衛(wèi)星，受環(huán)境影響較大，高樓、樹木、隧道可能會屏蔽信號，以及首次定位反應(yīng)較慢。
在環(huán)境變化相對穩(wěn)定的室外場景，室外AGV可通過激光/視覺導(dǎo)航搭配衛(wèi)星定位系統(tǒng)來實現(xiàn)自主移動的室外導(dǎo)航技術(shù)。如安徽宇鋒開發(fā)的一款室外牽引AGV目前已成功應(yīng)用于監(jiān)獄的室外搬運作業(yè)中，該款A(yù)GV采用GPS全球定位系統(tǒng)+多線激光雷達輔助定位系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)無人搬運、無人牽引等多種應(yīng)用功能，在雷雨、高溫、嚴寒的極端天氣也可正常運行。
此外，在農(nóng)業(yè)中無人駕駛設(shè)備也需要應(yīng)用到衛(wèi)星定位。如無人駕駛插秧機，一般需要搭載北斗導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)，利用北斗定位系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對傳統(tǒng)插秧機進行智能升級改造。操作人員只需通過平板車載終端完成定位及參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)便能自行規(guī)劃最優(yōu)路線，實現(xiàn)田間自動插秧、智能避障、掉頭轉(zhuǎn)彎等全套無人作業(yè)。
不過，在一些需要適應(yīng)大場景、長距離、高速度、室外應(yīng)用為主的自動重載物流場景中，技術(shù)則更為復(fù)雜。“室外應(yīng)用場景市場發(fā)展起來的前提是要解決安全問題，坦率講目前的純激光加衛(wèi)星定位的導(dǎo)航方式在室外應(yīng)用是有一定局限的，受天氣、光照、環(huán)境影響太大，不確定系數(shù)高。”山東蓬翔汽車技術(shù)主任朱廣崗先生表示。
蓬翔汽車研發(fā)的無軌自主導(dǎo)航重載AGV采用的則是GNSS+多線激光+慣導(dǎo)的復(fù)合導(dǎo)航避障方案，另外輔以視覺、毫米波、超聲波等手段進行多重保護。道路情況相對復(fù)雜時，則考慮加裝交通管制系統(tǒng)，并在車身上安裝行車記錄儀。
而現(xiàn)階段，通過深度學(xué)習(xí)與算法優(yōu)化，AGV室外導(dǎo)航技術(shù)的優(yōu)化已經(jīng)接近無人駕駛。相比于其他行業(yè)的室外移動機器人，無人配送這種商用領(lǐng)域室外項目向來受到外界關(guān)注，其技術(shù)實現(xiàn)相當(dāng)于L3級別無人駕駛，半封閉環(huán)境或路線相對固定，低速場景風(fēng)險可控，通常通過搭載少量低線束激光雷達、毫米波雷達、視覺slam以及高精度RTK定位模塊即可。
價格居高不下的室外導(dǎo)航將迎來破局之年？
盡管室外導(dǎo)航技術(shù)正在不斷地精進，但在價格上對于應(yīng)用端來說并不友好，因此市場推廣進度也非常緩慢。據(jù)了解，一臺普通的自主導(dǎo)航室外AGV，需要安裝的導(dǎo)航模塊至少是三個，包括激光或視覺傳感器，超聲波或毫米波避障設(shè)施，以及衛(wèi)星定位導(dǎo)航，一臺室外AGV在導(dǎo)航上的花費就需要幾萬元甚至更多。
因此，在諸多室外場景中，往往重工或有特定安全需求的場景對室外AGV的接受度比較高。此外，相較于一般AGV，重載型AGV的利潤更高，而在商用領(lǐng)域無人配送等方面，盡管AGV可實現(xiàn)自主導(dǎo)航，但利用率與投資回報比還不及人工，因此每年的出貨量其實并不多。據(jù)了解，即便是菜鳥、圓通等物流巨頭每年無人配送車出貨也僅僅是十幾臺到數(shù)十臺。
對此，中海達子公司比遜電子技術(shù)總監(jiān)許開華表示，“我們認為，隨著疫情帶來的公共環(huán)境衛(wèi)生的知識普及，預(yù)計在2021-2022年左右，室外移動機器人將得到大規(guī)模的應(yīng)用，屆時室外導(dǎo)航技術(shù)也將實現(xiàn)量產(chǎn)和規(guī)模化，價格有望進一步下降。”
我們也相信，隨著時間的推移，室外導(dǎo)航技術(shù)不但能在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域得到有質(zhì)且有量的廣泛應(yīng)用，同樣也將更加廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中，為我們提供更多便利服務(wù)。
