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有關(guān)自動(dòng)導(dǎo)引車(AGV)的五個(gè)關(guān)鍵問題,你都能答對(duì)嗎?

發(fā)布時(shí)間:2023-06-12 來源:貿(mào)澤電子 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】AGV是自動(dòng)導(dǎo)引車的縮寫,是一種自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)控制的運(yùn)輸機(jī)器人,常見類型包括自動(dòng)導(dǎo)向叉車和自動(dòng)導(dǎo)向揀選機(jī)器人,通常用于制造和倉(cāng)儲(chǔ),但也可用于檢驗(yàn)、運(yùn)輸、軍事和勘探應(yīng)用,是提高流程效率和提高業(yè)務(wù)盈利能力的一種安全可靠的方式。


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圖源:jcomp/freepik.com


自動(dòng)導(dǎo)引車


AGV是自動(dòng)導(dǎo)引車的縮寫,是一種自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)控制的運(yùn)輸機(jī)器人,常見類型包括自動(dòng)導(dǎo)向叉車和自動(dòng)導(dǎo)向揀選機(jī)器人,通常用于制造和倉(cāng)儲(chǔ),但也可用于檢驗(yàn)、運(yùn)輸、軍事和勘探應(yīng)用,是提高流程效率和提高業(yè)務(wù)盈利能力的一種安全可靠的方式。


AGV和AMR是什么關(guān)系?


在工業(yè)界,除了AGV,AMR也是出鏡率很高的一種機(jī)器人。AGV和AMR這兩種機(jī)器人有著許多相似之處,在介紹AGV的內(nèi)容里AMR常常會(huì)相伴左右,有時(shí)兩者還會(huì)被混在一起討論。因此,在介紹AGV之前,我們先看看它們之間到底是什么關(guān)系。


AGV可以說是一種無人導(dǎo)引車(UGV),它常常沿著一組預(yù)定的路徑在整個(gè)設(shè)施中移動(dòng)。AGV不是移動(dòng)機(jī)器人的一個(gè)子類,它應(yīng)該是移動(dòng)機(jī)器人的前身,自20世紀(jì)50年代問世直至今日,在現(xiàn)代制造或倉(cāng)庫(kù)環(huán)境中仍有多種用途。自主移動(dòng)機(jī)器人(AMR)屬于無人值守地面車輛,它比AGV具有更多的功能。比如,AMR能夠自由移動(dòng)和實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃,使其能夠與人類合作執(zhí)行材料處理任務(wù)。相比基本都是輪式車輛的AGV,AMR擁有多種運(yùn)動(dòng)配置,除了輪式車輛,還包括履帶車輛、兩足機(jī)器人、四足機(jī)器人和多足機(jī)器人等。


兩者區(qū)別


要想理解AGV和AMR之間的主要區(qū)別,下面這個(gè)比喻可能比較形象:AGV就像一列火車,只能在其軌道上運(yùn)行。而AMR就好比一輛出租車,它能夠在任何兩點(diǎn)之間自由移動(dòng),并在交通過于擁擠時(shí)重新規(guī)劃路線。具體來講,AGV在靜態(tài)環(huán)境中工作時(shí),需要借助磁條或?qū)б€,其運(yùn)動(dòng)路徑是高度結(jié)構(gòu)化的。如果路徑中有任何障礙物,必須將其立即移除,AGV才能繼續(xù)工作。當(dāng)環(huán)境設(shè)施發(fā)生變化時(shí),如翻新、升級(jí)或位置變化,則需要重新部署磁條或?qū)б€等制導(dǎo)技術(shù)。與AGV相反,AMR可在具有自主導(dǎo)航的動(dòng)態(tài)環(huán)境中工作,它創(chuàng)建并保存設(shè)施的位置或地圖,以便在定義的路線中存在障礙物時(shí)找到替代路徑。此外,即便發(fā)生與設(shè)施相關(guān)的更改,如果AMR已經(jīng)與設(shè)施映射,它仍可以在一小時(shí)內(nèi)開箱并投入使用,部署極其靈活。


那么,是否意味著“墨守成規(guī)”的AGV會(huì)被“智能靈活”的AMR完全取代呢?


目前來看這種情況還沒有出現(xiàn),主要是因?yàn)锳GV和AMR均有各自的定位和應(yīng)用場(chǎng)景。從負(fù)載角度看,AGV更適合較大的負(fù)載應(yīng)用,尤其是需要處理超過500Kg的大型貨物或托盤。另外,AGV往往具有更強(qiáng)大的托舉能力,當(dāng)用戶需要將托盤裝載到貨架上時(shí),AGV肯定是不二之選。


由于AMR可以根據(jù)檢測(cè)到的環(huán)境變化實(shí)時(shí)做出反應(yīng)并調(diào)整自己的活動(dòng)和動(dòng)作,因此這類機(jī)器人是動(dòng)態(tài)工作環(huán)境下的理想選擇,比如機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院等。但是,如果你的操作是固定的,比如將材料從固定的存儲(chǔ)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到固定的生產(chǎn)線,或?qū)⒊善忿D(zhuǎn)移到暫存區(qū)等等,AGV完全能夠勝任這些工作,相比AMR較高的前期投入,AGV的成本更低一些。


AGV市場(chǎng)有多大?


移動(dòng)機(jī)器人(包括AGV和AMR)能夠優(yōu)化物流和制造業(yè)中的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施空間,由于人工智能(AI)、機(jī)器視覺、自動(dòng)分揀和放置操作能力以及機(jī)器人機(jī)械的進(jìn)步,我們正在見證AMR和AGV在物流和制造之外的更多新應(yīng)用,市場(chǎng)范圍不斷擴(kuò)大。


根據(jù)LogisticsIQ的全新市場(chǎng)研究,到2026年,AGV和AMR兩種機(jī)器人市場(chǎng)合計(jì)將達(dá)到132億美元,增長(zhǎng)率約為35%,預(yù)計(jì)二者將共同突破150萬的安裝基數(shù),使移動(dòng)機(jī)器人成為我們?nèi)粘_\(yùn)營(yíng)活動(dòng)的新常態(tài)。


來自Statzon的分析數(shù)據(jù)表明,2021年全球AGV市場(chǎng)的價(jià)值約為40.177億美元,預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到86.611億美元,2022年至2030年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為8.93%。按行業(yè)劃分,半導(dǎo)體和電子行業(yè)是對(duì)AGV市場(chǎng)貢獻(xiàn)巨大,2021年達(dá)到9.198億美元,預(yù)計(jì)到2030年將增至16.533億美元,復(fù)合年增長(zhǎng)率為6.73%。在2021年,這兩個(gè)行業(yè)約占整個(gè)AGV市場(chǎng)38.6%的份額,前者約占22.9%的份額。在預(yù)測(cè)期內(nèi),鐵路和食品飲料部門預(yù)計(jì)將分別以11.21%和10.57%的復(fù)合年增長(zhǎng)率實(shí)現(xiàn)顯著增長(zhǎng)。目前,這兩個(gè)細(xì)分市場(chǎng)在全球自動(dòng)導(dǎo)引車整體市場(chǎng)中的份額約為11.7%,預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到13.8%。


AGV是如何工作的?


一般來說,AGV機(jī)器人由五個(gè)基本組件構(gòu)成,即:導(dǎo)航系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和車輛控制器。


導(dǎo)航系統(tǒng):作為AGV機(jī)器人的一部分,導(dǎo)航系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收和處理信息,使得AGV按照預(yù)設(shè)的路線或方向行駛。實(shí)際應(yīng)用中有多種導(dǎo)航類型,包括激光導(dǎo)航、有線導(dǎo)航和磁性導(dǎo)航等。


安全系統(tǒng):每個(gè)AGV機(jī)器人都有與其功能相適應(yīng)的安全組件,確保所有移動(dòng)和操作都在安全條件下進(jìn)行。這個(gè)概念很容易理解,那就是機(jī)器人在撞到什么東西或人之前必須能夠停下來。其中的主要部件是安全激光掃描儀和安全可編程邏輯控制器(PLC)。


動(dòng)力系統(tǒng):AGV機(jī)器人配備了一個(gè)電池,為車輛運(yùn)動(dòng)和附件功能提供所需的能量。主要元件是電池和充電解決方案。


運(yùn)動(dòng)系統(tǒng):AGV機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)集成了多個(gè)組件,使車輛能夠移動(dòng)和執(zhí)行任務(wù)。從電機(jī)和輪子到桅桿和用來提升負(fù)載的液壓系統(tǒng)的所有組件都屬于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。


車輛控制器:車輛控制器是AGV的大腦,它收集并協(xié)調(diào)從其他系統(tǒng)接收到的所有信息,如導(dǎo)航、安全、運(yùn)動(dòng)等。


AGV采用了哪些關(guān)鍵的導(dǎo)航技術(shù)?


AGV主要通過電磁、光學(xué)或其他自動(dòng)導(dǎo)引裝置實(shí)現(xiàn)自主規(guī)劃路線和自動(dòng)駕駛的過程,安全性很高。AGV有多種類型,包括LGV(激光導(dǎo)引車)、移動(dòng)機(jī)器人、SGV(自動(dòng)導(dǎo)引車)和無人駕駛車等,這些分類主要由其導(dǎo)航環(huán)境的傳感機(jī)制來定義。市場(chǎng)上常見的AGV導(dǎo)航方法包括:電磁導(dǎo)航、磁條導(dǎo)航、二維碼導(dǎo)航、激光導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航等。那么,這些導(dǎo)航技術(shù)各自又有哪些優(yōu)缺點(diǎn)呢?


1?基于電磁場(chǎng)的AGV導(dǎo)航


電磁導(dǎo)航是一種傳統(tǒng)的導(dǎo)航方法,是AGV非常受歡迎的方法,所需硬件簡(jiǎn)單,易于部署,是一種具有成本效益的選擇。具體導(dǎo)引方法是,通過在AGV的驅(qū)動(dòng)路徑上埋設(shè)金屬導(dǎo)線,并加載低頻和低電壓電流,在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng),而AGV上的感應(yīng)線圈可以識(shí)別和跟蹤導(dǎo)航磁場(chǎng)的強(qiáng)度,從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。電磁導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)絲隱蔽,不易被污染和損壞,簡(jiǎn)單可靠,易于控制,對(duì)聲光無干擾,投資成本低。缺點(diǎn)是改變或擴(kuò)展路徑很麻煩,導(dǎo)絲的鋪設(shè)也比較困難。AGV上配備的磁性傳感器可用來檢測(cè)磁帶的磁性區(qū)域,并按照路線驅(qū)動(dòng)AGV。


Honewell 03SR系列霍爾效應(yīng)位置傳感器


霍尼韋爾(Honewell)公司的103SR系列霍爾效應(yīng)位置傳感器將組件密封在鋁或不銹鋼螺紋外殼中,堅(jiān)固耐用。產(chǎn)品包括數(shù)字單極、鎖存和線性磁性類型,可提供多種靈敏度,以滿足各種應(yīng)用的要求。其中,103SR系列霍爾效應(yīng)位置傳感器的數(shù)字版本在-40°C至100°C的溫度范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的輸出,具有20mA的電流吸收能力,可以接受4.5Vdc至24Vdc的直流電源電壓。線性版本的工作溫度為-40°C至125°C,供電電壓范圍為4.5Vdc至10.5Vdc。這兩種產(chǎn)品很容易與通用電子電路接口,如微處理器、集成邏輯、離散晶體管等。


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圖1:103SR系列霍爾效應(yīng)位置傳感器

(圖源:Mouser)


與電磁導(dǎo)航相類似的是基于磁條的AGV導(dǎo)航技術(shù)。不同之處在于,后者的磁條是鋪在地面上而不是埋在地下。基于磁條的AGV導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是AGV定位準(zhǔn)確,路徑的鋪設(shè)、改變或擴(kuò)展比電磁導(dǎo)航更容易,并且磁條的成本更低。缺點(diǎn)是磁條很容易損壞,需要定期維護(hù)。路徑更改后需要重新鋪設(shè)磁條。另外,AGV只能沿著磁條行走,無法通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能規(guī)避或?qū)崟r(shí)改變?nèi)蝿?wù)。


類似于磁條導(dǎo)航原理的還有磁性標(biāo)記導(dǎo)航和色帶導(dǎo)航。磁性標(biāo)記導(dǎo)航是在地面上放置磁性標(biāo)記,具有隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)、耐磨、耐酸堿等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是容易受到鐵磁性物質(zhì)的影響,改變路徑的施工量大,容易對(duì)地面造成損壞,通常只在碼頭上使用。色帶導(dǎo)航是將色帶或油漆粘貼在地面上,通過車載光學(xué)傳感器采集的圖像信號(hào)識(shí)別來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。由于色帶容易被污染和損壞,因此對(duì)環(huán)境的要求更高。同時(shí),其較低的定位精度有時(shí)也會(huì)限制其應(yīng)用。


2?基于激光雷達(dá)的AGV導(dǎo)航


激光導(dǎo)航是目前比較流行的一種AGV導(dǎo)引方式,這種導(dǎo)引方式的原理是在AGV車上安裝可以發(fā)射及接收激光的掃描器,在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板,AGV通過發(fā)射激光束,同時(shí)采集由反射板反射的激光束,來確定其當(dāng)前的位置和方向,并通過連續(xù)的三角幾何運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)航,最后達(dá)到控制運(yùn)行路線,完成一系列自動(dòng)化操作。激光導(dǎo)航技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是定位與導(dǎo)向精度較高,并且可以任意規(guī)劃路徑,結(jié)構(gòu)方便且適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是制造成本高,對(duì)環(huán)境的要求相對(duì)較高,包括外部光線、地面條件、能見度等。


目前,基于激光雷達(dá)的AGV導(dǎo)航主要分為兩條技術(shù)路線,一個(gè)是帶反射器,另一個(gè)是不帶反射器(即激光SLAM)。在基于帶反射器的激光的AGV導(dǎo)航中,激光雷達(dá)可以獲得更精確的信息,實(shí)現(xiàn)更精確的AGV定位和導(dǎo)航?;跓o反射器激光的AGV導(dǎo)航精度相對(duì)較弱,但也可以通過算法提高激光雷達(dá)定位和導(dǎo)航的精度。用于AGV導(dǎo)航的激光雷達(dá)分為2D導(dǎo)航激光雷達(dá)(LiDAR)和3D導(dǎo)航激光雷達(dá)。2D LiDAR只能實(shí)時(shí)導(dǎo)航,因缺乏高度信息故無法成像。3D LiDAR可以進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)成像,并可以恢復(fù)物體的形狀和大小,恢復(fù)空間中的三維信息。


LightWare 激光雷達(dá)LW20傳感器


LightWare激光雷達(dá)LW20傳感器體積小巧,易于集成,測(cè)距范圍覆蓋100米,堅(jiān)固的IP67防護(hù)等級(jí)確保其防塵防水。LW20提供4.5V至5.5V的電源電壓范圍、100mA的電源電流和1cm的分辨率,能夠容忍背景照明條件、風(fēng)和噪音的變化。該傳感器具有對(duì)最近和最遠(yuǎn)探測(cè)表面的測(cè)量、可調(diào)節(jié)的測(cè)量更新率、內(nèi)部狀態(tài)監(jiān)測(cè)、可選擇的濾波器以調(diào)整對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),以及用于掃描應(yīng)用的伺服驅(qū)動(dòng)器等功能。


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圖2:激光雷達(dá)傳感器LW20

(圖源:LightWare)


3? 基于視覺傳感器的AGV導(dǎo)航


視覺導(dǎo)航是通過AGV車載視覺傳感器獲取操作區(qū)域周圍的圖像信息來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的一種方法。在硬件上,需要一個(gè)俯視攝像頭(比如ToF相機(jī))、補(bǔ)光燈和引擎蓋來支持這種導(dǎo)航方法的實(shí)現(xiàn)。在該方法中,攝像頭在AGV運(yùn)動(dòng)過程中捕捉到地面紋理,自動(dòng)構(gòu)建地圖,然后將操作過程中獲得的地面紋理信息進(jìn)行配準(zhǔn),并與自建地圖中的紋理圖像進(jìn)行比較,以估計(jì)AGV的當(dāng)前姿態(tài),實(shí)現(xiàn)AGV的定位?;谝曈X傳感器的AGV導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是硬件成本低,定位準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是對(duì)使用環(huán)境(地面、光線等)要求很高,運(yùn)行場(chǎng)地需要有紋理信息。當(dāng)作業(yè)場(chǎng)地面積較大時(shí),導(dǎo)航測(cè)繪的時(shí)間比基于激光的AGV導(dǎo)航要長(zhǎng)。因此,基于視覺的AGV導(dǎo)航技術(shù)還在不斷的完善中。


ADI ToF模塊使機(jī)器人


ADI ToF模塊使機(jī)器人能夠拾取和放置桌子上的物體,在障礙物中導(dǎo)航,并將物體放置在另一個(gè)位置。ADSD3100是其中的一款基于CMOS 3D飛行時(shí)間(ToF)的3D深度和2D視覺光成像器,可集成到3D傳感器系統(tǒng)中。包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、像素偏置電路和傳感器控制邏輯,均被內(nèi)置在芯片中,集成度和性價(jià)比較高。ADSD3100還能通過移動(dòng)工業(yè)處理器接口(MIPI)、相機(jī)串行接口2(CSI-2)接口與主機(jī)系統(tǒng)電連接。當(dāng)然,成像還需要一個(gè)透鏡加上光學(xué)帶通濾波器,紅外光源加上相關(guān)的驅(qū)動(dòng)器才能完成工作子系統(tǒng)的建立。


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圖3:ADSD3100 ToF模塊

(圖源:ADI)


Basler Blaze ToF 3D相機(jī)


Basler公司的Blaze ToF 3D相機(jī)可在一次拍攝中提供2D和3D圖像,為包括物流、工廠自動(dòng)化和生物識(shí)別在內(nèi)的各種應(yīng)用提供有吸引力的解決方案。Blaze ToF 3D相機(jī)可用于高對(duì)比度場(chǎng)景的精確3D成像,分辨率640x480,幀速率30fps,工作范圍0到10米,測(cè)量的精度達(dá)到毫米級(jí)。由于其緊湊的設(shè)計(jì)以及具有千兆以太網(wǎng)接口,因此很容易集成到一個(gè)系統(tǒng)中。


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圖4:Blaze ToF 3D相機(jī)

(圖源:Mouser)


4? 基于二維碼的AGV導(dǎo)航


基于二維碼的導(dǎo)航其原理是通過相機(jī)掃描放置在地面上的二維碼,分析碼信息后獲得當(dāng)前的位置信息。二維碼導(dǎo)航通常與慣性導(dǎo)航相結(jié)合,以實(shí)現(xiàn)精確定位。慣性導(dǎo)航是利用移動(dòng)機(jī)器人傳感器(光電編碼器、陀螺儀)獲取機(jī)器人的位置和姿態(tài),通常用作輔助定位?;诙S碼的AGV導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是定位準(zhǔn)確,小巧靈活,易于鋪設(shè)和更改路徑,便于管理和控制信息通信,不受聲光干擾。缺點(diǎn)是路徑需要定期維護(hù),頻繁地更換二維碼,并且對(duì)陀螺儀的精度和使用壽命有著嚴(yán)格要求,對(duì)場(chǎng)地的平整度也有一定的要求,價(jià)格水平相對(duì)較高。


ADI公司的S16470板設(shè)計(jì)用于包括工業(yè)機(jī)器人、智能農(nóng)業(yè)和自動(dòng)駕駛汽車等各種應(yīng)用,是一款6自由度IMU,配有3軸陀螺儀和3軸加速度計(jì),可直接插入RoboRIO上的SPI端口,方便易用。


AGV機(jī)器人有哪些應(yīng)用?


AGV機(jī)器人負(fù)責(zé)執(zhí)行物流操作,如在設(shè)施的不同存儲(chǔ)區(qū)之間分配庫(kù)存、在收發(fā)貨區(qū)裝卸貨物以及其他任務(wù)。由于AGV機(jī)器人可以運(yùn)輸重物,它們也被用于生產(chǎn)中心,將不同尺寸的零件運(yùn)送到裝配線上。以下是它們常見的幾大應(yīng)用場(chǎng)景。


卡車裝卸:AGV機(jī)器人可以執(zhí)行叉車或其他類型的傳統(tǒng)裝卸設(shè)備的功能。例如,這些機(jī)器人可以自動(dòng)將貨物卸下或裝載到卡車上。


產(chǎn)品存儲(chǔ)和檢索:AGV機(jī)器人可以將物品放置在相應(yīng)的存儲(chǔ)位置,并將貨物運(yùn)送到訂單履行區(qū)。這些庫(kù)存移動(dòng)有助于為產(chǎn)品和操作員靈活、安全和自動(dòng)地補(bǔ)充貨架和分揀站。


與生產(chǎn)中心的連接:AGV機(jī)器人可以配置為運(yùn)輸大型、重型和笨重的貨物。這使得AGV移動(dòng)機(jī)器人成為生產(chǎn)中心附近倉(cāng)庫(kù)的首選。自動(dòng)導(dǎo)向車輛將貨物運(yùn)輸?shù)窖b配線,尤其是在汽車和航空業(yè)等行業(yè)。


配件配送:AGV機(jī)器人不僅僅是搬運(yùn)重物;他們還將庫(kù)存分配到設(shè)有裝備站的設(shè)施中。按照預(yù)定的路線,這些自動(dòng)駕駛汽車簡(jiǎn)化了向不同套件裝配站的貨物補(bǔ)給,以所需的確切數(shù)量運(yùn)送庫(kù)存。


AGV機(jī)器人是20世紀(jì)中期出現(xiàn)的自動(dòng)導(dǎo)引搬運(yùn)設(shè)備,用于加快倉(cāng)庫(kù)和生產(chǎn)中心的貨物運(yùn)輸。這些自動(dòng)導(dǎo)引車輛移動(dòng)時(shí),無需操作員駕駛,AGV機(jī)器人可以被設(shè)計(jì)成執(zhí)行廣泛的功能,包括遠(yuǎn)程處理、包裝和分揀、掃描、測(cè)量和監(jiān)控、信號(hào)和檢測(cè)、機(jī)器視覺和運(yùn)輸?shù)?。除了能夠?zhí)行多項(xiàng)任務(wù)外,AGV還配備了優(yōu)秀的安全技術(shù),這意味著幾乎不存在碰撞或安全隱患。近年來,具有人工智能的AGV機(jī)器人得到了發(fā)展,它們被稱為自動(dòng)駕駛智能車輛(AIV)。這些全新的AGV非常適合需要高流量貨物且沒有固定路線的倉(cāng)庫(kù)。


現(xiàn)在,AGV在世界各地的使用率越來越高,是用于倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化的有效工具之一?;旧?,我們可以在任何商業(yè)或工業(yè)場(chǎng)所都能看到移動(dòng)機(jī)器人的身影,從制造業(yè)到食品飲料、半導(dǎo)體制造和汽車行業(yè),移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用將大放異彩。



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