叉車在企業(yè)的物流系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色，是物料搬運設(shè)備中的主力軍，也是機械化裝卸、堆垛和運輸?shù)母咝试O(shè)備。目前，傳統(tǒng)叉車市場銷量每年數(shù)十萬臺，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，僅2018年1~10月傳統(tǒng)叉車?yán)塾嬩N售超50萬臺。
隨著人工智能的飛速發(fā)展，AGV叉車以其高效率、低成本在搬運過程中完成客戶人性化和多樣化需求，已成為未來叉車智能化發(fā)展的主方向。然而，目前智能叉車AGV尚處于起步階段，未來應(yīng)用和替代的市場空間巨大。根據(jù)新戰(zhàn)略機器人產(chǎn)業(yè)研究所統(tǒng)計，中國市場激光AGV叉車出貨量達到1500臺，銷售規(guī)模超過9億人民幣，已連續(xù)兩年出現(xiàn)45%以上的增長。
深圳怡豐機器人2019年度推出標(biāo)準(zhǔn)定制款“貔貅”叉車機器人，采用激光導(dǎo)航，單舵輪驅(qū)動，額定載重1.5T，舉升高度1.5m，可叉川字形托盤，最大直線速度1.5m/s，可滿足大部分生產(chǎn)需求。
圖1 怡豐機器人標(biāo)準(zhǔn)定制款“貔貅”叉車
優(yōu)化定位：激光導(dǎo)航與自然導(dǎo)航雙重選擇
怡豐機器人的激光導(dǎo)航AGV叉車均采用激光導(dǎo)航技術(shù)，分為激光導(dǎo)航和自然導(dǎo)航兩種。
激光導(dǎo)航需要布置反光板，激光定位掃描器的原理是利用激光的不發(fā)散性和準(zhǔn)直性，發(fā)射的激光束遇到高反光性反射板后原路返回，實現(xiàn)光源無丟失接收，從而達到精確定位，一般來說它被安裝在AGV的頂部，具有抗干擾能力，（怡豐機器人的激光導(dǎo)航通過算法優(yōu)化，可將激光定位掃描器安放到AGV的低位或者其他部位并保證了其抗干擾能力）。
從反光板相對AGV叉車的位置通過循環(huán)三邊定位算法計算確定當(dāng)前AGV叉車的位置坐標(biāo)和行駛方向，實現(xiàn)定位；
激光導(dǎo)航定位算法采用循環(huán)三邊定位算法，三邊定位的基本原理為：平面上有三個不共線的反光板 A，B，C，和一個未知終端 D（AGV叉車位置），并已測出三個反光板到終端D的距離分別為Ra，Rb，Rc，則以三個反光板坐標(biāo)為圓心，三反光板到未知終端距離為半徑可以畫出三個相交的圓，如下圖2所示，未知節(jié)點坐標(biāo)即為三圓相交點。
由最小二乘法得
圖2 三角定位原理圖
自然導(dǎo)航則是通過周邊墻面柱子等固定設(shè)施通過SLAM算法來計算AGV叉車位姿，實現(xiàn)定位，該方式定位精度高，對現(xiàn)場布置簡單，是復(fù)雜環(huán)境下理想的導(dǎo)航方式。
自然導(dǎo)航定位采用SLAM技術(shù)，SLAM（simultaneous localization and mapping）即同步定位與建圖，在初始時刻，激光雷達創(chuàng)建的地圖中并沒有任何的特征。當(dāng)AGV叉車觀測到某特征m時，可以根據(jù)AGV叉車的位姿，以及特征在AGV叉車坐標(biāo)系下的位姿，計算出特征在世界坐標(biāo)系下的位姿，此時將特征加入到地圖中（更新地圖）；當(dāng)AGV叉車位姿改變，再次觀測到特征m，可以根據(jù)特征在世界坐標(biāo)系下的位姿和特征在AGV叉車坐標(biāo)系下的位姿，解算出當(dāng)前AGV叉車的位姿。當(dāng)AGV叉車連續(xù)運動時，它將觀測到更多的特征，根據(jù)同樣的方法。AGV叉車會把它們加入到地圖中，并且根據(jù)觀測到的信息更新AGV叉車的位姿以及它們的世界坐標(biāo)。簡單的說，SLAM利用觀測到的特征計算它們的世界坐標(biāo)以實現(xiàn)地圖創(chuàng)建，同時更新AGV叉車的位姿以實現(xiàn)AGV叉車的定位。 如下圖3為自然導(dǎo)航AGV所建地圖。
圖3 SLAM建圖
激光導(dǎo)航的優(yōu)勢
激光導(dǎo)航相較于其他導(dǎo)航方式（如二維碼導(dǎo)航、磁條導(dǎo)航等），無需在地面鋪設(shè)定位設(shè)施，后期場地維護方便、費用低。AGV定位精度高（±5mm)，行駛路徑可靈活多變，能夠適合多種復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境，應(yīng)用范圍廣，可以實現(xiàn)機臺到機臺、機臺到地面、地面到地面、以及疊放托盤等多種模式，解決不同高度、不同區(qū)域多站點間的物料輸送。利用計算機技術(shù)，無線網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合物料管理系統(tǒng)，倉庫管理系統(tǒng)，車輛調(diào)度管理系統(tǒng)等，實現(xiàn)工廠、倉庫管理運行的自動化。大大提高倉庫或者行業(yè)操作的效率，可以替代傳統(tǒng)叉車的所有功能，運行靈活，自動化程度高。
激光導(dǎo)航AGV叉車的優(yōu)勢
除此以外，相對比傳統(tǒng)叉車，還具有以下功能：
（1）綠色環(huán)保
AGV叉車采用電池提供能源，減少了廢氣的排放，降低了噪聲，更加綠色環(huán)保。
（2）安全規(guī)范
AGV叉車具具有較完善的安全防護能力，有智能化的交通管理，安全與避碰，多級警示，緊急制動，故障報告等。用于工廠倉庫碼垛時，使倉儲更加規(guī)范有序，充分提高空間利用率及運輸效率；用于配送物料時，可以減少車間過道作業(yè)人員，實現(xiàn)更安全綠色的工廠生產(chǎn)。另外，其運載能力強可以直接叉取物料托盤進行運輸，轉(zhuǎn)彎時自動減速且有自動識別障礙物并及時停止等功能，行走安全可靠，在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁、勞動強度大且重復(fù)長時間作業(yè)或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，節(jié)省了人力資源，也更多保障了人身安全。
（3）高效便捷
AGV叉車可自動化充電，當(dāng)AGV小車的電量過低或者比較空閑時會向系統(tǒng)發(fā)出請求指令，請求充電，在系統(tǒng)允許后自動到充電的地方排隊充電。這樣就不用擔(dān)心因為沒電而作業(yè)中斷，只要提前設(shè)置好了充電值。其工作任務(wù)也由系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度控制，只需要輸入相關(guān)的指令就能很好的完成任務(wù)，避免各種錯誤的發(fā)生，可以保證24小時不間斷工作。還能夠靈活地與各類生產(chǎn)線，裝配線，輸送線，站臺，貨架，作業(yè)點等有機結(jié)合。實現(xiàn)最大限度地縮短物流周轉(zhuǎn)周期，降低物料的周轉(zhuǎn)消耗，實現(xiàn)來料與加工，物流與生產(chǎn)，成品與銷售的柔性銜接，最大限度地提高生產(chǎn)系統(tǒng)的工作效率。
（4）經(jīng)濟實惠
人工成本逐年提高，而機器人的采購成本呈逐年下降趨勢。怡豐為實現(xiàn)降本增效，推出2019年度標(biāo)準(zhǔn)定制款“貔貅”，也借此來與傳統(tǒng)叉車做經(jīng)濟性對比，按照普通叉車每臺叉車配備一名司機，不計算每年工資漲幅及其他意外的情況下，做了如下表1的計算。
表1：普通叉車和AGV叉車費用細則（單位：萬元）
簡單計算后可得分別使用1臺、3臺、4臺、10臺叉車時的普通叉車和AGV叉車費用比較折線圖如下圖5，由圖可知，當(dāng)使用一臺叉車時，在第四年，AGV叉車的累計費用已低于普通叉車，使用三臺叉車時，到第三年累計費用已十分接近，第四年AGV叉車的累計費用已遠低于普通叉車，使用四臺及以上時，到第三年AGV叉車的累計費用便已低于普通叉車，越往后可見費用差距越大，AGV叉車的優(yōu)勢越明顯。因此出于長遠考慮，AGV叉車更經(jīng)濟，更有優(yōu)勢。
圖4 AGV叉車經(jīng)濟性評估
通過上述分析對比，AGV叉車的優(yōu)勢顯而易見，運用范圍也越來越廣，不僅在自動化工廠和柔性制造系統(tǒng)（FMS）中作為最重要的一員，還廣泛地在機械加工、汽車制造、電子產(chǎn)品裝配、造紙、食品加工等行業(yè)領(lǐng)域中展現(xiàn)出越來越重要的地位。
為更適應(yīng)在不同行業(yè)的使用，怡豐機器人的激光導(dǎo)航AGV叉車除了“貔貅”叉車外，還有多種系列，分別應(yīng)用于各種行業(yè)，現(xiàn)已有多個叉車項目落地。另外，也可進行個性化定制，在舉升高度上現(xiàn)有項目最高可達5.99m，額定載重最大2.0T，舉升方式多種多樣，主要有堆高式、前移式、平衡重式、托盤式，如下圖5所示，能適應(yīng)更多應(yīng)用場景，即使是在-26攝氏度左右的室內(nèi)也可正常工作，不受影響。除購置叉車進行改裝，怡豐還與叉車廠家合作，可按需定制產(chǎn)品，縮短了定制周期，降低了成本，還可定制整個物流方案，適應(yīng)各種場景，應(yīng)用范圍更廣泛，給客戶提供更全面、更個性化服務(wù)。
圖5怡豐機器人AGV叉車系列產(chǎn)品
