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(yùn)設(shè)備中的主力軍，也是機(jī)械化裝卸、堆垛和運(yùn)輸?shù)母咝试O(shè)備。目前，傳統(tǒng)叉車市場(chǎng)銷量每年數(shù)十萬(wàn)臺(tái)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2018年1~10月傳統(tǒng)叉車?yán)塾?jì)銷售超50萬(wàn)臺(tái)。
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(yùn)過(guò)程中完成客戶人性化和多樣化需求，已成為未來(lái)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(lái)應(yīng)用和替代的市場(chǎng)空間巨大。根據(jù)新戰(zhàn)略機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所統(tǒng)計(jì)，中國(guó)市場(chǎng)激光AGV叉車出貨量達(dá)到1500臺(tái)，銷售規(guī)模超過(guò)9億人民幣，已連續(xù)兩年出現(xiàn)45%以上的增長(zhǎng)。
深圳怡豐機(jī)器人2019年度推出標(biāo)準(zhǔn)定制款“貔貅”叉車機(jī)器人，采用激光導(dǎo)航，單舵輪驅(qū)動(dòng)，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(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)光源無(wú)丟失接收，從而達(dá)到精確定位，一般來(lái)說(shuō)它被安裝在AGV的頂部，具有抗干擾能力，（怡豐機(jī)器人的激光導(dǎo)航通過(guò)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(duì)AGV叉車的位置通過(guò)循環(huán)三邊定位算法計(jì)算確定當(dāng)前AGV叉車的位置坐標(biāo)和行駛方向，實(shí)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(gè)不共線的反光板 A，B，C，和一個(gè)未知終端 D（AGV叉車位置），并已測(cè)出三個(gè)反光板到終端D的距離分別為Ra，Rb，Rc，則以三個(gè)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(gè)相交的圓，如下圖2所示，未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)即為三圓相交點(diǎn)。
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(guò)周邊墻面柱子等固定設(shè)施通過(guò)SLAM算法來(lái)計(jì)算AGV叉車位姿，實(shí)現(xiàn)定位，該方式定位精度高，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)布置簡(jiǎn)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(shí)刻，激光雷達(dá)創(chuàng)建的地圖中并沒(méi)有任何的特征。當(dāng)AGV叉車觀測(cè)到某特征m時(shí)，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(jì)算出特征在世界坐標(biāo)系下的位姿，此時(shí)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(cè)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(yùn)動(dòng)時(shí)，它將觀測(cè)到更多的特征，根據(jù)同樣的方法。AGV叉車會(huì)把它們加入到地圖中，并且根據(jù)觀測(cè)到的信息更新AGV叉車的位姿以及它們的世界坐標(biāo)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，SLAM利用觀測(cè)到的特征計(jì)算它們的世界坐標(biāo)以實(shí)現(xiàn)地圖創(chuàng)建，同時(shí)更新AGV叉車的位姿以實(shí)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(shì)
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(wú)需在地面鋪設(shè)定位設(shè)施，后期場(chǎng)地維護(hù)方便、費(fèi)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(chǎng)環(huán)境，應(yīng)用范圍廣，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)臺(tái)到機(jī)臺(tái)、機(jī)臺(tái)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(diǎn)間的物料輸送。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合物料管理系統(tǒng)，倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，車輛調(diào)度管理系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)工廠、倉(cāng)庫(kù)管理運(yùn)行的自動(dòng)化。大大提高倉(cāng)庫(kù)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(yùn)行靈活，自動(dòng)化程度高。
激光導(dǎo)航AGV叉車的優(yōu)勢(shì)
除此以外，相對(duì)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(hù)能力，有智能化的交通管理，安全與避碰，多級(jí)警示，緊急制動(dòng)，故障報(bào)告等。用于工廠倉(cāng)庫(kù)碼垛時(shí)，使倉(cāng)儲(chǔ)更加規(guī)范有序，充分提高空間利用率及運(yùn)輸效率；用于配送物料時(shí)，可以減少車間過(guò)道作業(yè)人員，實(shí)現(xiàn)更安全綠色的工廠生產(chǎn)。另外，其運(yùn)載能力強(qiáng)可以直接叉取物料托盤進(jìn)行運(yùn)輸，轉(zhuǎn)彎時(shí)自動(dòng)減速且有自動(dòng)識(shí)別障礙物并及時(shí)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(dòng)強(qiáng)度大且重復(fù)長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)或是危險(xiǎn)、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(dòng)化充電，當(dāng)AGV小車的電量過(guò)低或者比較空閑時(shí)會(huì)向系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求指令，請(qǐng)求充電，在系統(tǒng)允許后自動(dòng)到充電的地方排隊(duì)充電。這樣就不用擔(dān)心因?yàn)闆](méi)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(cuò)誤的發(fā)生，可以保證24小時(shí)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(tái)，貨架，作業(yè)點(diǎn)等有機(jī)結(jié)合。實(shí)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(shí)現(xiàn)來(lái)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(jì)實(shí)惠
人工成本逐年提高，而機(jī)器人的采購(gòu)成本呈逐年下降趨勢(shì)。怡豐為實(shí)現(xiàn)降本增效，推出2019年度標(biāo)準(zhǔn)定制款“貔貅”，也借此來(lái)與傳統(tǒng)叉車做經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，按照普通叉車每臺(tái)叉車配備一名司機(jī)，不計(jì)算每年工資漲幅及其他意外的情況下，做了如下表1的計(jì)算。
表1：普通叉車和AGV叉車費(fèi)用細(xì)則（單位：萬(wàn)元）
簡(jiǎn)單計(jì)算后可得分別使用1臺(tái)、3臺(tái)、4臺(tái)、10臺(tái)叉車時(shí)的普通叉車和AGV叉車費(fèi)用比較折線圖如下圖5，由圖可知，當(dāng)使用一臺(tái)叉車時(shí)，在第四年，AGV叉車的累計(jì)費(fèi)用已低于普通叉車，使用三臺(tái)叉車時(shí)，到第三年累計(jì)費(fèi)用已十分接近，第四年AGV叉車的累計(jì)費(fèi)用已遠(yuǎn)低于普通叉車，使用四臺(tái)及以上時(shí)，到第三年AGV叉車的累計(jì)費(fèi)用便已低于普通叉車，越往后可見費(fèi)用差距越大，AGV叉車的優(yōu)勢(shì)越明顯。因此出于長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，AGV叉車更經(jīng)濟(jì)，更有優(yōu)勢(shì)。
圖4 AGV叉車經(jīng)濟(jì)性評(píng)估
通過(guò)上述分析對(duì)比，AGV叉車的優(yōu)勢(shì)顯而易見，運(yùn)用范圍也越來(lái)越廣，不僅在自動(dòng)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(jī)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(lái)越重要的地位。
為更適應(yīng)在不同行業(yè)的使用，怡豐機(jī)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(gè)叉車項(xiàng)目落地。另外，也可進(jìn)行個(gè)性化定制，在舉升高度上現(xiàn)有項(xiàng)目最高可達(dá)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(chǎng)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(gòu)置叉車進(jìn)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(gè)物流方案，適應(yīng)各種場(chǎng)景，應(yīng)用范圍更廣泛，給客戶提供更全面、更個(gè)性化服務(wù)。
圖5怡豐機(jī)器人AGV叉車系列產(chǎn)品
