GGII 数据显示,2018 年 AGV 销量 2.35 万台,同比增长 49.65%,2018 年 AGV 市场规模 34.81 亿元,同比增长 36.38%。

 

 

目前来看,移动机器人的定位导航技术包括视觉导航定位、光反射导航定位、GPS 全球定位、超声波导航定位等,但受室内环境的限制,这些定位导航方法由于精度或实时性等原因,很难应用在商业化的室内移动机器人中。

 

比如,GPS 室内导航和基于 RFID 的导航系统精度太低,而视觉定位导航虽然具有信号探测范围广、获取信息完整等优点,但需处理的实时图像数据量巨大,实时性较差。

 

随着数字化和智能化工厂的规划不断加快和深入,工厂定制化的需求日益明显,这就要求工厂的自动化产线和物流搬运系统都须具有极高的柔性,基于激光无轨导航技术的 AGV 成为了趋势。

 

而激光导航技术的关键正在于激光雷达的应用。

 

激光雷达到底是什么?

激光雷达(LightDetection And Ranging,简称为 LiDAR)是以激光束为信息载体,利用相位、振幅、频率等来搭载信息,以探测获得目标的有关数据,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。

 

激光雷达通常由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成,以精确的时间分辨率、精准的空间分辨率、超远的探测距离等特点成为了先进的主动遥感工具,在无人驾驶、移动机器人、VR/AR、3D 打印领域具有广泛的应用和广阔的发展前景。

 

基于激光雷达的 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping,即时定位与地图构建)技术从理论研究到实际应用,发展十分迅速,并且具有稳定、可靠等优势。

 

对于完全未知的室内环境,配备激光雷达等核心传感器后,SLAM 技术可以帮助机器人构建室内环境地图,助力机器人的自主行走。激光雷达具有指向性强和高聚焦性的特点,使得导航的精度得到有效保障,能很好地适应室内环境。

 

在第三代导航技术中,除了激光 SLAM,还可以采用视觉 SLAM 的方式。在成本上来看,摄像头比激光雷达便宜,而且能识别出更多对象,不过在定位精度上不及激光雷达,而且视觉的算法门较槛高,且需要更好的硬件运算平台支持。所以,激光 SLAM 具有很大的优势,未来将与其它导航方式共存。

 

在实际应用中,2DLiDAR 只能扫描一个平面,AGV 机器人只能在环境相对简单的场所运行,或者说用多个 2D LiDAR 集成来获取更多平面的数据以适应更复杂的环境。而 3D LiDAR 就相当多个 2D LiDAR 的集成,一台仪器多线测量获取多层面的数据,可以给 AGV 机器人提供更全面的测量数据。

 

在 AGV 机器人业内,特别是在高端应用市场,激光导航已经占据主流导航模式。激光雷达产品,已经从传统的 2D(二维平面扫描)转向 3D(三维立体扫描)。

 

国产化突围在黎明时分

虽然从技术上讲,激光雷达传感器在移动机器人上的应用是大势所趋,但是目前激光雷达并未被我国的移动机器人厂家广泛采用,并且也很难在短期内迎来爆发式增长。

 

原因之一,激光雷达传感器低产能、高价格。由于精密的复杂结构,激光雷达的量产实现难度大,国内外激光雷达企业很少选择自建产线而选择交由代工厂代工,造成了激光雷达量产良品率低下,成本高昂的局面。

 

在过去的几年,随着组件成本的降低和汽车激光雷达厂商的不断入局,激光雷达传感器的价格有所降低,但总体价格仍然高高在上,据了解,百度、谷歌无人汽车采用的激光雷达,成本在 2-8 万美元,价格几乎与汽车本体相当。

 

在高额成本的桎梏下,激光雷达一度被认为只可炫技,无法量产。对于中低端移动机器人厂商来讲,激光雷达传感器仍然不在考虑范围内。

 

原因之二,全球激光雷达行业较为发达的国家有美国、德国、日本,技术实力雄厚的高科技公司多数集中在上述国家里,诸如美国 Velodyne 和 Quanergy、德国 Sick、日本 Hokuyo 等,激光雷达传感器的核心技术长期被国外垄断。

 

与国外对比,我国在激光雷达产业上技术相对落后。“贴牌”、“山寨”厂商泛滥,缺乏连贯的产业链以及配套设备。除此之外,创业公司普遍缺乏成熟的底层算法,限于技术难点和硬件成本高,多数企业主要做的是代理和服务。

 

具体表现在,我国的单线激光雷达技术已较为成熟,但是多线激光雷达仍与国外有较大差距。相对于单线束来说,多线激光雷达最大的优点就是可以追踪多个物体的运动轨迹。

 

此外,国产企业还主要专注于生产旋转式激光雷达,在固态式激光雷达的研发方面起步较晚。与机械旋转式激光雷达相比,固态激光雷达取消了外部的机械旋转结构,在重量、大小和成本方面显著降低,因此固态激光雷达将成为行业发展的重点方向。

 

尽管国产企业,如北科天绘、速腾聚创等都在 2018 年完成了固态激光雷达的研发,分别应用于辅助驾驶和高级自动驾驶领域,加速追赶国外企,但按照产品的代差估计,国内激光雷达厂商与国外企业还有 1-2 年的差距,技术研发与发展还有待提高。

 

值得欣喜的是,随着激光雷达发展前景变得越发光明,投资也汹涌而来。近年来,国内的激光雷达企业在建厂、量产、出货等方面都取得了巨大的进展。

 

2018 年 5 月,禾赛科技宣布完成 2.5 亿元 B 轮融资,由光速中国和百度领投。其车载 LiDAR 实现销售额仅次于 Velodyne。

 

2018 年 5 月,镭神智能宣布嘉善工厂正式落成开业,该 15000 平方米的生产厂房已投入了近百条自动化及半自动化产线,将全面量产镭神 4 线、8 线、16 线、32 线及 48 线激光雷达。

 

2018 年 10 月,速腾聚创则完成来自菜鸟、上汽、北汽等企业的 3 亿元融资,其 16 线 /32 线机械式激光雷达出货量在 2018 年迎来了爆发,同时收购了一家 MEMS 微镜企业。

 

2019 年 1 月,北醒光子完成 B+轮融资,主要产品为激光雷达 DE-LiDAR,为无人车、AGV、无人机和机器人提供核心部件,实现避障、导航等功能。

 

此外,国内还有握奇光目、饮冰科技、佳光科技、思岚科技、巨星科技、丽恒光微、洛伦兹等十多家企业已掌握激光雷达核心技术,成为全球行业的核心力量之一。

 

 

撕开的口子背后是蓝海

国产 AGV 产业的高增长将带来进口替代机会,尤其在以激光雷达为主的导航领域。反过来,随着国内厂商在核心传感器领域的技术突破,激光雷达、电机驱动、电池、控制器等带动 AGV 整体成本的下降,也将进一步促使 AGV 迎来大规模应用。

 

国内 AGV 整车虽然基本实现了进口替代,但部分核心零部件依然依赖进口。可以说,激光雷达是 AGV 降价的最后一关。

 

2019 年 7 月 15 日,美国激光雷达创业公司 Luminar Technologies 宣布其为汽车和商用卡车设计的“Iris”的新激光雷达平台目标价格低于 1000 美元(约合人民币 6875 元),这为激光雷达降低成本,实现量产传来了让人欣喜的信号。

 

根据摩尔定律,技术投入和规模效应对于一款产品的性能提升和成本降低会有巨大推动作用。相信随着激光雷达传感器技术进一步成熟、成本进一步下降,移动机器人将迎来一个新的快速发展期。