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中国物流机器人行业新发展与新趋势(一)

物流技术与应用

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作者|张颖川 来源|物流技术与应用(ID:LMH_56)

2020年,在全球经济下行和新冠疫情蔓延的情况下,中国物流机器人市场表现出较为强劲的发展势头,在技术与应用方面均实现明显突破;未来,智能物流是行业发展的必然趋势,这也决定了物流机器人企业的技术创新方向是高度智能化、柔性化、多元化,将围绕“智能物流”、“技术融合”、“深度学习”、“集群应用”等诸多关键词展开探索。

对于中国物流机器人企业来说,目前是最好的时代,也是最坏的时代。旺盛的市场需求,不断涌现的发展机遇,日益提升的技术手段,共同造就了物流机器人行业的蓬勃发展,产品技术持续提升,市场大门逐渐敞开,应用领域不断扩大,未来更是前景可期;同时,经过多年的飞速成长,目前整个行业发展已经逐渐进入整合阶段,市场竞争将更加激烈,大浪淘沙之后,强者恒强,企业间的差距将会进一步拉大。如何能够在激烈的市场竞争中脱颖而出甚至站在金字塔尖,如何把握住技术发展的必然趋势,未来的市场该如何布局,对每一个企业来说,都是需要深入思考的课题。

强烈市场需求驱动行业高速增长

物流机器人,归属于工业机器人范畴,可以解决企业面临的高度依赖人工、业务高峰期仓储作业能力有限等瓶颈问题,是近几年中国市场上使用量领先的机器人。

目前,根据不同的应用场景,可将物流机器人主要分为AGV (Automatic Guided Vehicle,自动引导车)、码垛机器人、分拣机器人、AMR (Autonomous Mobile Robot,自主移动机器人)、RGV (Rail Guided Vehicle,有轨制导车辆)、无人配送机器人等。

最近五年来,物流机器人的年均增长量超过20%。市场调研机构LogisticsIQ.发布的数据则显示,2025年仓库自动化市场将增长至270亿美元,其中,AGV/AMR市场份额占比预计将达到15%。物流机器人如此高速增长背后,源于旺盛市场需求的强烈驱动。

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2020年1-11月全国工业机器人产量及增长情况

1. 制造业持续抛出友好橄榄枝

制造业物流量大约占据整个物流市场总量的80%。在“工业4.0”以及“中国制造2025”理念的推动下,智能制造成为制造业创新升级的突破口,智能物流由此成为制造业物流新的发展方向。生产物流的自动化和智能化成为提高企业生产效率、降低生产成本、提高设备利用率的重要手段,物流机器人在生产物流中扮演的角色也越来越重要。因此,愈来愈多的物流机器人企业看好制造业市场前景,加大在相关领域的产品和技术研发力度。

2. 电商行业仍是物流机器人展现风采的重要舞台

电子商务经过多年的迅猛发展,如今仍然方兴未艾,碎片化订单、众多的品类、峰值时异于寻常的高订单量,为电商订单履行带来巨大挑战,如何有效应对,提高订单履行能力,成为电商企业打造核心竞争力的关键。而物流机器人解决方案具有极强的柔性,可以灵活机动增加机器人数量来应付电商销售波峰波谷问题,也可以按照业务量在多个仓库之间调动机器人使用,这都是传统拣选模式不能代替的。由此,物流机器人成为电商打造智能仓储的理想选择。而且,在微商、直播带货等新商业模式的推动下,未来的电商行业将会呈现持续稳步增长态势,整个市场依旧广阔,这将为物流机器人行业的发展提供巨大机遇。在这样的趋势下,一些物流机器人企业等不断加强新产品和新技术的研发,以满足电商企业持续增长的订单需求。

3. 快递末端物流配送也是重要应用领域

在电子商务的推动下,快递末端投递的业务量迅猛增长。然而由于多方因素,快递包裹“最后100米”的交付过程障碍重重。这种情况下,末端无人配送物流车成为一项重要选择。特别是2020年春以来的新冠疫情,在给各行业带来巨大冲击的同时,也让末端无人配送机器人大展身手。包括京东物流、美团外卖等都推出了不同性能的无人配送物流机器人,以配送食物、药品等应急物资。后疫情时代,电商快递物流、医药、食品、冷链、新零售、商超等行业领域对末端配送的需求会继续保持增长,这为末端无人配送机器人的技术创新和市场应用提供了新的机会。

4. 中国物流机器人备受海外市场青睐

随着国内市场竞争渐趋白热化,海外市场正在成为中国物流机器人企业的重要拓展方向。一方面,欧美、日韩等发达地区人力成本更高,与国内相比,对于机器换人的需求也会相应更高。而对于东南亚等地区,虽然属于劳动密集型市场,人工成本较低,但是工人的生产效率并不高,对于物流机器人仍然有强烈的需求;另一方面,中国的物流机器人产品近年来技术水平迅速提升,相比国外的机器人产品有着突出的价格优势,深受海外客户青睐。因此,近年来新松、昆船、海康机器人、极智嘉、快仓、国自、木牛流马等纷纷向海外市场进军。可以说,海外市场的广阔是国内物流机器人“走出去”的首要因素,而技术的渐趋成熟则是我国机器人企业开拓海外市场的重要基础。目前,国内物流机器人企业的业务范围已经遍布欧美、日韩和东南亚地区。

2020年中国AGV/AMR及仓储相关领域融资情况

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技术创新实现重大突破

技术是科技企业持续发展的核心生产力。物流机器人涉及多项技术,主要包括导航定位技术、智能感知技术、运动控制技术、自动驾驶技术、精准驱动等。面对强烈的市场需求和广阔的发展空间,为了在激烈的市场竞争中占有一席之地,近年来物流机器人相关企业不断在技术上创新升级,并取得明显突破。

1.  机器人本体

机器人本体方面,近几年比较典型的创新是AMR、料箱机器人、复合机器人、叉车AGV等机器人产品的研发与应用。

相较于传统AGV,AMR具有感知环境、自主导航、智能避障、智能跟随等功能,可以免去人们铺导引线、贴地标线等改造环境的工作,特别是生产作业流程变更时,只需让机器人重构地图即可,节省了工人重新部署环境的成本,让室内物流更加柔性、高效。基于上述优势,业界更多的观点认为,采用SLAM技术的AMR将是物流机器人未来的新风向。于是,包括海康机器人、极智嘉、快仓、灵动科技等诸多机器人创新企业,以及京东物流、旷视等系统集成商,均推出了不同类型的AMR,并在相应的行业实现应用。

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AMR 是物流机器人企业未来重要的技术发展方向。图为极智嘉最新研发的 AMR

料箱机器人,其解决方案多是根据客户多样化应用场景打造的智能化搬运解决方案,主要满足应用行业对更高的作业效率、可扩展性、更低的劳动力成本和产品性能安全稳定等需求。料箱机器人创新性地改变了传动的“货到人”作业模式,从“货架到人”到 “货箱到人”,目标更精准,拣选效率提高明显,且可配合外围自动化拣选系统,实现订单全自动无人化拣选。目前,包括海柔创新的双深位料箱机器人库宝HAIPICK A42D、极智嘉的C200M“货箱到人”机器人、国自机器人的Picking AGV、牧星智能的周转箱机器人Z-50s等,都是机器人企业拓展料箱机器人方面的具体实践。

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料箱机器人是目前物流机器人市场主流产品。图为海柔创新自主研发的料箱机器人

复合型机器人作为新兴的物流装备,融合了智能导航的诸多关键技术,可实现物料的自动搬运、智能分拣,适应高柔性化生产模式,近几年成为机器人企业重要的研发方向。如新松是较早研发复合型机器人的企业,技术水平世界领先。新松HCR20是国内首台20kg级智能型复合协作机器人,基于智能移动机器人、协作机器人、视觉识别等技术的综合应用,可快速布置于工厂、仓库、超市,实现货物自动搬运、自动上下料、自动分拣等功能;快仓去年发布的“手脚并用”复合机器人,应用了激光SLAM导航技术、地图融合混合导航技术、计算机视觉技术、机器学习算法技术等。通过底盘的激光SLAM导航定位系统和机械臂上的机器视觉辅助,快仓复合机器人满足了工业流水线、半导体行业等的高精度要求。

叉车AGV除了能完成点对点的物料搬运之外,更能实现多个生产环节对接的物流运输,不仅擅长高位仓库、库外收货区、产线转运三大场景,而且在重载、特殊搬运等场景也有着不可替代的作用。仓储AGV企业如国自机器人、未来机器人、木牛流马、艾吉威等,传统叉车企业如杭叉智能、诺力等,系统集成商如昆船、今天国际、机科发展等,纷纷在叉车AGV领域发力,不断研发新品并实现广泛应用。目前来看,叉车AGV市场容量在迅速扩大。根据高工产研机器人研究所(GGII)的有关数据,2019年中国市场叉车AGV销量2200台,同比增长39.24%,预计2021年销量有望接近5000台。

2. 机器人关键技术

导航技术是物流机器人的核心技术之一。应用场景的复杂性,对物流机器人提出了各种不同要求,由此也催生了从传统的磁导航、二维码导航、惯性导航,到新兴的激光导航、视觉导航,以及多种导航方式的混合应用。其中复合导航适用于各种应用场景,能够规避单一导航方式的弱点,被越来越广泛地应用在物流机器人上。如“二维码导航+惯性导航”,利用惯性导航短距离定位精度高的特性,规避了两个二维码之间的导航盲区;“激光导航+磁钉导航”,在定位精度要求较高的站台位置使用磁钉导航,能够进一步增强机器人定位的稳定性。

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图为马路创新所研发应用复合导航技术的物流机器人

运动控制方面,伴随着云计算、AI(人工智能)、5G等新技术的发展,越来越多的企业开始将AI等新技术应用到物流机器人身上,希望通过新技术赋予物流机器人更多的柔性化和智能化。如,旷视基于领先AI算法打造的“河图”系统,是业内首款机器人网络操作系统,具备同构仿真和自适应动态调优能力,通过管理设备、库存、库位的方式,实现仓库的效能最大化。旷视新一代“河图”系统具有丰富的业务控制、设备调度、架构高可用等关键特性,能够为各种品类、复杂设备的大型无人仓提供高效稳定、智能调度、生态连接的整体智能仓储解决方案;再如海康机器人利用AI算法和低延时通讯手段,攻克机器人协同控制、避障、轨迹规划等技术难点,推出多机器人协同系统,为大尺寸/异形或超重量物件搬运开辟全新思路。多台机器人通过高性能通讯模块,如同像七巧板自由“集结组队”,协力完成高难度搬运任务。每个机器人相对独立,整套系统灵活且柔性。

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图为搭载旷视新一代“河图”系统的物流机器人

感知技术的进步,也为物流机器人技术升级提供了新的助力。近年来,随着传感测试技术的进步,货物的种类识别、姿态感知、位置判断等方面均取得了突破性进展,在与机器人技术集成后实现了货物自动抓取能力的提升,可以较好地满足多品种、小批量、多批次拣货作业的要求,实现了物流作业全流程的自动化。这在2020 CeMAT ASIA展上得到突出体现。相比往届展会,很多物流机器人企业在集中展示硬件机器人产品的同时,也将智能算法、感知识别技术等软实力的展示提升到新的高度。

自动驾驶技术近年来也实现了重大突破。随着2020年春新冠疫情来袭,京东等企业研发的末端无人配送机器人有了用武之地,担负起了无人配送药品、食物等防疫物资的重任,并引发了“无接触式配送”的热潮;而在2020 CeMAT ASIA展会上,驭势科技、九曜智能、一清创新等机器人企业也都带来了各自的无人驾驶技术及行业应用,引起业界的高度关注。

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图为疫情期间行走在街道上负责配送抗疫物资的京东无人配送车

3. 机器人配套产品

物流机器人的创新还体现在配套产品的研发上。在最近几年,我国物流机器人在配套产品发展方面取得了突破性进展。如2020 CeMAT ASIA展会期间,海柔创新发布的自动装卸机HAIPORT,专为库宝机器人HAIPICK研发设计,结合库宝高效多货箱搬运特性,实现多货箱即装即卸,大幅提升出入库效率;再如海康威视2019自主研发的自动换电站,成为分拣机器人的一站式自动换电设备。自动换电站采用模块化设计,由换电仓及电池仓两部分组成,可快速完成移动机器人电池的自动更换,全程无需人工干预,相比原来机器人充电需要1.5小时,自动换电只需2分钟。

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在2020年CeMAT Asia展会上,还可以明显发现,物流机器人零部件供应商数量相比往届明显增多。在上海同普电力、湖北科峰传动、北京和利时、步科、精纳、万集等企业的展位,可以看到琳琅满目的AGV零部件产品,诸如伺服电机、控制器等,这也从侧面折射出我国物流机器人产业的正在迅速增长,市场前景广阔。

技术与应用未来发展趋势

未来,智能物流是物流装备行业发展的必然趋势,这也决定了物流机器人技术发展和产品形态也必将是非常智能化、柔性化的,所以,依托自身优势打造出高度智能化、柔性化的产品和解决方案,也必将是行业从业者共同探索的方向。下面,主要从技术与应用两个层面来探讨物流机器人的发展趋势。

1. 技术层面

一是AI、5G等新技术将发挥更重要作用。

目前,我国物流机器人行业面临着激烈的市场竞争,物流机器人需要在各个细分领域不断挖掘自己的市场,向更稳定、更快速、更灵活的方向发展,而AI、5G等技术将成为新的突破口。AI 技术的加入,通过数据分析、算法和业务流程的优化能够快速提升运营效率。利用 AI 技术助力物流机器人产业升级,将会进一步提升物流自动化效率,成为物流机器人新的增长点;基于5G 通信低时延、大带宽、大容量的技术优势,可以将工厂车间、物流中心的人-机-料、点-线-场进行数字化、无线化改造,进而大幅提高物流效率。

有行业专家分析认为,伴随着应用场景的不断深入和拓展,未来物流机器人将融合更多的人工智能技术、物联网技术,从而不断增强机器人的智能化,对应的机器人大脑,将会在感知环境的复杂度和深度上有更强的能力,从而将机器人在应用中的高速化、精准度、柔性工作能力进行更大的提升。同时,伴随着5G技术的发展,物流机器人的核心零部件—导航控制器,将成为物联网世界中一个具体的边缘计算节点,促进机器人与机器人、与人、与物之间的深度融合,机器人将变得更加自给自足和反应灵敏。

二是技术融合应用将成重要方向。

业界更多的观点认为,随着市场规模的不断扩大、应用场景的愈加复杂化,物流机器人在市场应用过程中出现的痛点也会愈发凸显,单一的技术将越来越难以满足客户高效、柔性、稳定的物流需求,多种技术的融合将成为必然趋势。如“AGV+机械手”、“AGV+货叉”等复合机器人的研发,“二维码导航+惯性导航”、“激光导航+磁钉导航”等复合导航技术的应用,都是物流机器人企业今后的重要拓展方向。

三是基于SLAM的AMR将成为主流。

目前,相对其他导航方式,SLAM导航技术相对更加成熟。SLAM技术可以让机器人在无信标的情况下实现定位导航,具有易部署、更柔性等特点,更加适合在运行环境复杂、业务经常变动的场景下应用。

旷视高级副总裁兼机器人产品部总经理、中国移动机器人产业联盟名誉主席王宏玉认为,随着导航技术发展,工厂内的设备形态从最初传统企业使用的自动导引车即AGV,逐渐过渡到智能化、自主化程度都更高的自主移动机器人AMR。2020年可以说是SLAM机器人的应用元年,基于SLAM技术的AMR正在受到越来越多的客户青睐,将成为业界主流趋势。

2. 应用层面

一方面,随着物流机器人各项技术包括智能导航、控制技术等的不断成熟,应用场景也逐渐从室内走向室外,应用环节多样化、应用环境多样化将成必然趋势,物流机器人规模化集群作业将成常态。

如“货架到人+货箱到人”的集成应用场景,将成为重要方向。该解决方案通过高效率、高存储、高稳定性的智能料箱机器人与小巧轻盈、高效灵活、高性价比的智能载具搬运机器人相互结合,实现“密集存储+货到人拣选”的更优使用组合,能够有效解决“超高出入库流量”要求下“拆零拣选及海量SKU退货”人工作业效率低的痛点。

另一方面,海外市场仍是物流机器人相关企业重要的拓展方向。当前,除了已经在海外市场有一定市场份额的企业,还有越来越多的物流机器人企业正在布局海外市场。

挑战及应对策略

2020年,在全球经济下行和新冠疫情蔓延的情况下,中国物流机器人市场表现出较为强劲的发展势头,这主要得益于国家政策的大力支持、AI等先进技术的驱动、市场向多行业拓展,以及“无人化配送”带来的机遇。而未来,中国物流机器人仍将继续保持快速增长的趋势。

当然,由于机器人核心技术滞后、产品同质化严重、相应的行业规范标准缺失等因素,制约着国内物流机器人行业的健康和可持续发展。如何打破瓶颈,提高物流机器人应用水平,加速产业健康发展,是整个行业必须直面的问题。

一是机器人核心技术滞后,需要进一步提升。对于我国的机器人产业来说,控制器、伺服电机、减速机三大核心零部件是制约行业发展的主要瓶颈。目前,我国机器人核心部件大部分还是采用进口产品,导致国产机器人成本居高不下,占到机器人成本的70%,在很多关键技术方面亟待突破。特别是控制器产品,在软件方面的响应速度、易用性、稳定性方面仍有欠缺。

因此,需要围绕市场和产业发展需求,加强机器人关键零部件和高端产品的研发。一方面,全面提升高精度减速器、高性能伺服电机和驱动器、高性能控制器等关键零部件的质量稳定性和批量生产能力,突破技术壁垒,打破长期依赖进口的局面;另一方面,聚焦智能物流、人工智能、技术融合、深度学习等关键词,围绕相关需求积极研发AMR、复合机器人等标志性产品,推动产业向产业链高附加值方向发展。

二是无序化竞争严重,需要进一步净化市场环境。尽管我国物流机器人发展已取得了巨大进步,但市场竞争无序,企业间互相排斥,陷入低价竞争的怪圈,制约了行业的健康和可持续发展。

对此,西安电子科技大学机电工程学院胡核算教授建议加强行业规范管理,按照《机器人产业发展规划(2016-2020年)》的部署,加快推进机器人产业政策落实,组织开展行业规范管理实施工作。鼓励企业积极申报,对符合物流机器人行业规范条件的企业进行公告,引导各类鼓励政策向公告企业集聚。增加服务机器人制造相关统计口径,开展产值、收入、利润等方面的统计,为产业研究和政策制定提供数据支撑。

三是产品标准化程度低,需要进一步完善行业标准规范。我国物流机器人行业之所以鱼龙混杂,除了用户对产品功能识别性低,还有一个重要原因在于产品标准滞后,不利于市场规范发展。

鉴于当前物流机器人领域无序竞争严重、发展不规范的现状,亟需建立健全统一的机器人产业标准体系。充分调动企业参与制修订标准的积极性,鼓励骨干企业在国家机器人标准化总体组的指导下,加快研究制定产业亟需的各项国家标准、行业标准和团体标准,构建和完善物流机器人产业标准体系。

2020年,由中国移动机器人(AGV)产业联盟组织制定的“工业应用移动机器人六项团体标准”(《工业应用移动机器人术语》《工业应用移动机器人设计通则》《工业应用移动机器人通用技术条件》《工业应用移动机器人检测规范》《工业应用移动机器人安全规范》《工业应用移动机器人数据通信接口规范》)正式发布;同年12月,海康机器人牵头编制的《物流机器人 信息系统通用技术规范》(国家标准计划号:20192969-T-604)通过审查。希望相关标准能够得到切实的贯彻落实,进而推动物流机器人行业健康发展。

四是专业人才匮乏,需要加大人才培养力度。人才缺乏也是制约我国物流机器人行业发展的一个重要因素。由于物流行业工作人员大多对于物流机器人技术缺乏更深刻的认识和理解。因此,需要更专业的研发人员、设计人员来推动物流机器人技术的发展和应用。未来,需要加大机器人领域高技能人才的教育培训力度,培养从系统集成、安装调试、操作维护到运行管理的多层次、多类型的应用型人才。

胡核算对此建议,应加强产学研合作,促进物流机器人领域的企业和高校相关实验室的技术交流和合作。引导企业独立或者联合设立专项基金,定向支持高校在若干领域开展学术和技术研究。鼓励高校相关研究人员,主持或者参与企业中的关键技术开发工作,深入实地,了解产业需求,有的放矢地开展学术研究和技术开发工作。通过共享知识产权、技术股权分配等多种方式,提高企业和高校互动的积极性。

编者按:本文转载自微信公众号:物流技术与应用(ID:LMH_56)


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