Skip to main content

AI 機器人讓倉庫無線化

AI 機器人, 工業物聯網, 嵌入式電腦

線上購物多年都處於快速成長的階段,但是新冠肺炎疫情大幅加快了成長速度。2020 年的電子商務銷售量較 2019 年增加了 44%。雖然零售倉庫的作業已高度自動化,對於自主行動機器人 (AMR) 和自主導向車 (AGV) 的需求依然在上升。

AMR 和 AGV 可以全天候運作,執行過去由員工進行的危險活動和重覆性工作。線上零售將持續成長,因此業者需要更具智慧且強大的 AMR。

為了滿足這些需求,歐洲的一家行動機器人製造商與工業電腦製造商 DFI, Inc. 聯手,合作開發新一代搭載鋰離子電池的 AMR。該機器人可以:

  • 乘載高達 1000 公斤
  • 單次充電可運行 8 至 10 小時,或移動高達 20 公里
  • 以最高每秒 2 公尺的速度移動

這些功能都整合到一個精巧的系統中,該系統可以改善生產力和效率,且無須在客戶的設施中進行結構上的改造(像是在地面加裝纜線,或在牆上或天花板上加裝感測器。)

要怎麼做到?這是透過使用一套先進的視覺系統,該系統由強大且省電的平台控制器驅動。

透過機器視覺的視角

現今的倉庫和分銷中心 AMR 和 AGV 需要特定技術,好讓它們無需外部纜線或地面感測器即可運作。機器視覺和導航是第一步。

如圖 1 所示,現代 AMR 的影像系統通常配置了一個立體攝影機,可以生成周圍環境的即時視訊。接著,兩個影像串流會進行一定程度的預先處理,產生一個深度圖,以計算物體在實體空間中的位置和深度。接著會使用數學映射演算法(例如隨機抽樣一致算法 [RANSAC])來重建環境的 3D 地圖,而這份地圖會被用於規畫路徑/導航、辨識障礙物、避障等等。

如何預先處理影像,以用於映射合里程計。
圖 1。現代自主行動機器人 (AMR) 配備精密的視覺系統。(來源:DFI

這個視覺系統生產的結果會被密切地整合到 AMR/AGV 平台的其它部分。它們會用來告訴平台主要控制應該在何時、以何種形式操作馬達和促動器,這兩者負責加速/減速、控制方向等。這項資訊也可以被傳送到裝置以外,以支援多種使用案例,包括透過無線介面進行遠端控制、資料監測和預測維護、路徑規劃模型改進等。

簡單來說,嵌入於現代 AMR 的電腦必須能夠執行複雜地影像和視訊處理工作、執行映射演算法、和執行即時控制功能,同時還必須符合一定的電力預算,以延長運行範圍和電池續航力。

嵌入式電腦威力、效能和可靠性

AMR 計畫一開始時,該行動機器人製造商考慮了多個不同的中樣控制中心設計。它需要一個可靠性高且生命週期長控制器,且可支援多個感測器介面(包括 RS-422 等罕見的工業介面),以及在高震動和高訊號干擾的環境中達到零效能損失。

製造商曾考慮使用 Intel® NUC ,因為它具備高效能和精巧的設計。但最終,製造商選擇了經得起產業考驗、搭載豐富 I/O 的 DFI EC70A-SU/KU 系列無風扇嵌入式系統圖 2)。

控制器的機殼尺寸與兩部手機的比較
圖 2。 EC70A-SU 的尺寸為 181.6 x 118.4 x 57 公釐,可以用手機來做比較。(來源:DFI)

「EC70A 系列的基礎為第 6 代和第 7 代 Intel® Core 處理器,我們的控制器的效能因而能較前代提高 50% 以上。」 Waterball Liu 表示,他是 DFI 的行銷經理。

控制器結合了多個 CPU 核心、一個整合式 Intel® HD Graphics 520 核心以及 Core 處理器的新媒體功能,能有效地:

  • 管理一系列 2D 和 3D 攝影機和掃描器
  • 執行視覺和導航所需的影像、神經網路和映射工作負載
  • 協調方向控制所需的控制工作
  • 執行 AMR 的主要作業系統

同時,處理器的電源效率(採用 15W 的散熱設計功率 (TDP),最低可設定成 7.5W)對於系統大小和可靠性也有重要的設計優勢。

Liu 表示:「低耗電對於電池續航力有直接的影響,但同時,這代表平台需要散除的熱量也較低。」「而且盒子的尺寸較傳統的 IPC 小 70%,但依然可以在 -20ºC 至 60ºC 的溫度範圍中運作。」

現成可用產品降低成本

EC70A 系列最好的一點在於該系統是現成的。這代表 AMR 終端使用者(如 DFI 的歐洲客戶)可以享受大規模生產帶來的低廉每單位成本,同時透過軟體、服務和硬體以外的機制來提高附加價值。

這不代表該產品缺乏自訂設計的靈活性或先進功能。事實恰恰相反,除了 RS-232、RS-422、RS-485 等工業連線能力外,該平台還透過兩個 Mini PCIe 插槽提供藍牙、Wi-Fi 和 5G 無線連線。事實上,DFI 的歐洲客戶利用了插槽裡的 Wi-Fi 晶片組,透過智慧型手機或平板電腦來遠端控制機器人。

沒想到現成可用的產品竟然有這麼多創新技術。

作者簡介

Brandon is responsible for Embedded Computing Design’s IoT Design, Automotive Embedded Systems, Security by Design, and Industrial Embedded Systems brands, where he drives content strategy, positioning, and community engagement. He is also Embedded Computing Design’s IoT Insider columnist, and enjoys covering topics that range from development kits and tools to cyber security and technology business models. Brandon received a BA in English Literature from Arizona State University, where he graduated cum laude.

Profile Photo of Brandon Lewis