物流中心是幾乎所有需要運輸、儲存或加工實物商品行業供應鏈之重要組成部分。當下在全球范圍內，這些物流中心完成訂單數量以及材料處理類型和方法都在不斷增加，自主系統越來越多得到采用，以便更安全有效地處理物流中心不斷增加的任務數量和復雜度。這些趨勢正在進一步推動自主移動機器人（AMR）發展，并被視為未來物流中心營運之重要組成部分，可提高工人安全性、靈活性、效率和生產力。

在此，本文討論著重于介紹支持最新一代AMR的技術，以及該技術將會如何影響物流供應鏈。

什么是 AMR，它們在哪使用？

AMR與它們的前身自主機器人（AR）或自主導引車（AGV）不同，AMR是獨立自主移動，而不是安裝在固定位置，或局限于有限任務固定軌道上，例如機器人裝配臂。 AMR移動性使這些機器人能夠在工業環境中提供更廣泛的服務和更大的靈活性，因為通常不需要操作員或預先定義路徑。正是由于這種高靈活性，使 AMR 現在廣泛用于全球醫療保健、農業、倉儲和制造等多個行業。

現代 AMR 中設計的傳感器和人工智能/機器學習（AI/ML）功能使這些機器能夠真正在無人指導情況下運作，甚至可以使用同步定位和映射（SLAM）在具有意外障礙物未知環境中導航。此外，這些機器中，有許多采用堅固設計，有助于它們在對人類操作員來說非常危險，或難于進入并完成所需任務的環境中使用。

AMR剖析

AMR 要提供這些功能，需要一套板載 AI/ML 資源、馬達控制/驅動技術、電池/充電系統、傳感器和無線通信能力。必須仔細設計和實施這些技術各個層面，以實現更高效率、安全性和生產力。

大腦：人工智能/機器學習系統

AI/ML 系統涉及各種硬件解決方案的廣泛開發和潛在使用，其中包括微處理器單元（MCU）、數字信號處理器（DSP）、現場可程序化邏輯門陣列（FPGA）和圖形處理單元（GPU）等。設計和實施基本 AI/ML 系統需要一套完全不同工具，然后才能將 AI/ML 技術視為有效/安全和部署。通常這些硬件解決方案中多個可用于有效地處理傳感器數據、通訊和操作機器人移動所需控制系統。

通常，系統所需響應時間、視覺系統幀率和任務復雜性決定了 AMR 在執行特定級別任務時的資源需求。另一個因素是開發時間和擁有資源。AI/ML 系統方面都可以透過使用預先打包套件或硬件及軟件包來加速實施，以應對3D 視覺、運動控制或安全性等各種 AMR 挑戰。

力量：馬達控制和馬達技術

要使 AMR 具有移動性，需要相應驅動技術、能量儲存和能量傳輸/充電系統。這些系統很可能透過馬達、電池儲存和電能充電實現，類似于電動車使用的系統。對于更高效和更可靠 AMR 馬達系統，最常見驅動技術是采用無刷直流（BLDC）馬達和用于操作功能的步進馬達，這類似于計算機數值控制（CNC）銑床等電動工具和電子設備中使用技術，這些系統需要馬達驅動器和復雜控制系統，以實現運動和機械手控制可靠運作。

能量：電池和充電技術

盡管系留操作（tethered operation）對于跟蹤或固定機器人系統可行，但 AMR 通常需要自供電，這需要車載能量儲存，還可能涉及與充電器對接充電系統。鋰離子（Li-ion）電池化學成分是最常見高密度儲能解決方案，可采用直流快速充電（DCFC） 將電網能量傳輸到 AMR 并最大限度地減少停機時間。鋰離子電池需要專門充電、放電、平衡和其他電池安全/健康電子設備。雖然電子設備充電可能不一定包含在 AMR 內部，但仍需要安裝交流（AC）到直流 （AC/DC）反相器（inverter）和 DC/DC 電源轉換器，以便AMR能夠自行對接和充電，從而最大限度減少往返充電基礎設施所浪費精力和時間。

眼睛：傳感器、攝影鏡頭、3D 視覺

為了讓 AMR 避開障礙物并在操作區發生環境變化情況下成功改道，AMR 需要一套傳感器來通知周圍環境 AI/ML 算法。視覺系統是 AMR 成功導航和確保安全，避免損壞自身、周圍財產或貨物所必需功能，這些傳感器系統可以是傳統可見光攝影鏡頭、紅外（IR）相機、超音波測距傳感器、激光雷達 （LiDAR）、紅外接近傳感器，甚至是 3D 視覺系統。傳感器數據分辨率、拮取時間和傳感器數量決定了 AI/ML 系統需要處理數據產出量。為了獲得最佳性能和安全性，通常需要在幾毫秒內完成這些處理。

耳朵和嘴：無線通信系統

如果需要部署多個 AMR，無線連接對于 AMR 與設施系統以及彼此之間通訊至關重要。用于實現這些目標的常見無線技術包括 Wi-Fi、4G LTE、BLUETOOTH 和當下的 5G。所使用的無線通信系統類型取決于 AMR 與設施或其他 AMR 之間所需數據量和通訊類型，如果只是偶爾從集中位置進行軟件更新，4G LTE 可能已經足夠。如果需要傳輸大量數據但不一定是時間關鍵型，那么 Wi-Fi 可能是比較合適。新興 5G服務能夠實現大規模機器類通訊（mMTC）和超可靠低延遲通訊（URLLC），如果需要傳輸時間關鍵型數據或需要確定性，5G可能是最可行無線解決方案。

結論

AMR 是許多物流中心和制造設施之未來，在這些任務中雇用人工操作員可能會成本太高或不安全。 但AMR 也是擁有大量電子分系統的復雜機器，必須對其進行認真方案選擇、設計、程序和整合，以便實現可靠、安全和高效的 AMR。

（本文作者Jean-Jacques DeLisle為貿澤電子特約作者）