杨文华：谈谈AGV与AMR

文｜杨文华

云南昆船智能装备有限公司

中国船舶集团高级专家 

CMR产业联盟专委会、标委会主任

AGV（Automated Guided Vehicle）以工业移动机器人的身份在国内应用发展超过25年了，从最初的引进技术，到现在的自主研发、行业壮大，甚至技术超越，经历了“引进、消化、吸收、再创新”的全过程。近几年，随着国家“制造业高质量发展”和“智能制造”战略的落实，AGV从几乎不为人知的小众产品成长为了具有一定规模的产业，各行业对AGV都呈现出了旺盛的需求。而更为欣喜的是，新概念、新技术、新人才、新实体不断涌现，行业规范、行业细分也逐渐走上了正轨。近年来，行业中出现了AMR（Autonomous Mobile Robot）这一新概念，本文将从技术发展历史及其技术特征来谈谈AGV与AMR。

1. 历史沿革

AGV最早出现在上世纪50年代的美国，按照机器人的三大特征，即代替人进行工作；具有通用性；直接对外界作用，AGV隶属机器人。由于最早的功能就是物料搬运，所以用了Vehicle（运载工具）这一英文单词。在2003年前的一些文献资料中，AGV的英文名词其实也没有完全统一，有称其为Autonomous Ground Vehicle的、有称其为Automatic Guided Vehicle或Autonomous Guided Vehicle的，甚至也有直接称其为Unmanned Vehicle的。在国内的名称也很杂乱，曾经出现“无人小车”、“无人搬运车”、“自动导引运输车”等。

2011年，在全国物流仓储标委会成立时，要求制定相关产品的国家标准，在结合了多位专家的建议后，最终将此类产品的中文名称定义为“自动导引车”，英文名称选用了Automated Guided Vehicle，即AGV。上世纪六十年代，为了突出与玩具及人形机器人的区别，把工业应用的机器人称为工业机器人；二十多年前，为了突出与其他工业机器人的区别，又出现了一个比较学术的英文名词——WMR（Wheeled Mobile Robot），即轮式移动机器人，其典型代表就是美国2003年的“勇气号”火星车。这样起来看，AGV就是“工业应用的轮式移动机器人”。最新国家标准的定义是：具备物料运输或操作能力，以轮式移动为特征，基于环境标记物或外部引导信号，沿预设路线运动的自主移动设备。

AMR是Autonomous Mobile Robot的英文缩写，即自主移动机器人。从字面上理解，AMR的范围应该很广，天上飞的无人机（UAV-Unmanned Aerial Vehicle），水中游的无人潜航器（UUV-Unmanned Underwater Vehicle 以及AUV-Autonomous Underwater Vehicle），也都应该属于此类。但在移动机器人领域，AMR同样是“工业应用的轮式移动机器人”。

2. AMR与AGV的区别

AMR与AGV的区别更多应该表现在“自主性（Autonomous）”上，但到目前为止，并没有看到AMR的准确定义，看到的仅仅是一些国外市场研究机构关于AMR与AGV区别的描述，那些描述都无法给AMR定性。其中典型的表述：

AMRs, unlike AGVs use on-board navigation, rather than external markers for localization, typically AMRs use SLAM based navigation, but this is not always the case，——以SLAM导航为基础，不需借助外部标记物，但也不都是这样；

AGVs using SLAM navigation are normally referred to as AMRs, but as there are shades of grey, it has never been properly defined when a vehicle is an AGV or an AMR，——用SLAM导航的AGV通常就被称为AMR，但不可能准确定义一辆车是什么时候是AGV、什么时候是AMR。

从这些表述中总结AMR的特征：第一SLAM导航；第二不需要外部标记物；第三不能完全肯定。其中都没有提到AMR的“自主（Autonomous）”特征。什么是AMR呢？根据笔者的认知，“不需要外部标记”是必要特征，但如果SLAM仅仅用于导航定位，与别的导航算法（如NDT）作用是一样的，因此，AMR的“自主”应该与导航算法无关，更多是关于“预设路径”还是“非预设路径”的问题，否则无法区别于被称为“轮廓导航”、“环境导航”又或是“自然导航”的AGV，因为这些导航同样“不需要外部标记”。再则，根据市场描述AMR非常重要的特征是：主动绕行障碍物。主动绕行的确是AMR计算的“非预设路径”，但问题是“能够主动绕行障碍物的自然导航AGV”就是AMR么？如果不是，AMR的“自主性”的范围就值得商榷了！ 

目前，自然导航AGV与AMR都须在已知的环境中运行，即事先构建并获得运行环境的全局坐标，都必须知道自己的当前位置和目标点的位置；当目标点坐标确定后，在行驶路径上，AMR运行有两种模式：一种是AMR按事先规划的预设路径（地图）运行，当在行驶路径遇到障碍时，能够绕行障碍。而目前自然导航AGV遇到障碍时停止，障碍物消失后延时自动运行或等待人工确认。另一种是AMR根据坐标信息或是寻找目标特征，动态规划路径，即非预设路径，自主决定可行使的区域。而自然导航AGV是由上位系统或单机自身对预设路径进行“搜索”，中获取运行信息，并按预设路径进行“导引（Guided）”或路径跟踪，一旦运行范围超过安全区域（Safety zoon）即为故障。

如果AMR是第一种模式，那么“能够主动绕行障碍物的自然导航AGV”就是AMR了，AMR与自然导航AGV也就没有本质的区别，是部分功能（绕障）的增强，自然导航AGV可实现。

如果是第二种模式，AMR将可能具备很大的优越性。体现在交通管理方面，由于单机具备动态路径规划能力，当多台AMR相遇时，能够主动避让，不会出现“死锁”现象。而对AGV系统来说，单机必须按路径行驶，无论是上位系统分配路径还是单机申请路径，都不可避免出现阻塞甚至“死锁”现象。

这样分析下来，AMR的主动性应该体现在：单机能够即时动态规划路径。“非预设路径”才是AMR唯一的标签，也只有这个功能AGV才不具备，毕竟是经过“导引（Guided）”的，即使出现局部“盲导（Blind）”，也须运行在预设路径上。

3. 可能产生的影响

1999年，美国MHI（Material Handling Industry）曾发布了一份关于AGV的公开技术资料，系统地描述了AGV的基础知识，并总结了使用AGV的好处（Benefits）。虽然过去了20年，但其中关于AGV单机运行最重要的几个特征（安全性、可预期性、可重复性等）仍然值得重视。我们简单讨论一下，在工业应用场合中“非预设路径”的移动机器人可能产生的影响：

安全性（Safety）——在绝大多数工业应用场合中，出于安全的考虑，人员路径、物流路径被事先指定，也就限制了移动机器人对路径的动态规划功能，只能在被允许的区域内安全运行，超出该区域将被认为不安全；

可预期性（Predictability）——对于大多数工业应用需求，更希望移动机器人的任务可被预期，其中最重要的是任务执行时间可预期，“非预设”路径增加了系统的复杂度，不可预测性增大；

可重复性（Repeatability）——AGV最初的基本用途就是在重复的路径上搬运货物。可重复、可再现也是工业应用的基本要求，与可预期性类似。“非预设”将使移动机器人运行路径的重复概率大大降低。

笔者认为，目前国内运行的AMR系统大多数是局部的“非预设路径”，在已实施的系统中，单机承载和尺寸都较小，灵活性较高，能够主动避障绕行，体现出更先进的一面，但在实际的应用中，必须注重周围环境（包括垂直方向）识别，以确保避障绕行时的安全；AGV按“预设路径”运行，安全性及运行秩序相对可控，但也应汲取AMR的优点，使系统更加柔性化，可以想象，未来AGV系统也会出现区域性的开放，即在特定区域内没有预设路径限制，单机能够自主行驶；在任务优化调度方面两者使用技术是相通的；而交通管理方面，AGV系统的“潮汐”动态路径，“十字路”编队通过等技术也值得AMR系统借鉴。

4. 总结

为了突出自身特点，区别于传统AGV，部分新兴企业更愿意称自己的产品为AMR。但行业内的传统企业，在解释不清AGV与AMR的区别时，只能继续把自己的产品称为AGV，与人的名字一样，叫了一辈子的“张三”，突然改名会让人感觉很奇怪。

就目前情况看来，AMR与“位置估算（Dead reckoning）”导航算法的AGV没有本质的区别，只是部分功能的增减，应相互借鉴优点，无论是AGV或是AMR只是产品“代号”，应当理性认识、理性宣传。