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工業

在廠房中應用自主移動機器人

自主移動機器人

曾經如同科幻小說般的幻想,現已於現實生活中實現。自主移動機器人 AMR 現今已在製造領域日益普及。而這些機器人也可望能大量應用在其他情境中,包括餐旅服務業和醫療保健業,且這些機器人將更具智慧、更加獨立。這個構想是為了減輕人類工作者的負擔,取代人類工作者來執行特定重複或危險工作,並且和人類一起工作。

不出所料,為了讓這些機器人系統能夠感知環境、執行作業及命令,需付上許多代價。在技術方面需要實現高強度運算,以及在設計師設計方面需達到靈活性和可擴充性。嵌入式電腦模組供應商 Congatec產品行銷經理 Claire Liu;以及嵌入式和即時解決方案供應商 Real-Time Systems系統架構師兼產品經理 Timo Kuehn,為我們說明這個瞬息萬變的工業趨勢(影片 1)

影片 1。Congatec 的 Claire Liu 與 Real-Time Systems 的 Timo Kuehn,探討了自主移動機器人成功開發與部署所需的關鍵元件。(資料來源:insight.tech

自主移動機器人究竟是什麼?

Claire Liu:自主移動機器人是能夠獨立操作的系統,無需直接的人為介入。它們配備了防禦感應器、人工智慧演算法和複雜的控制系統,可自主導航、感知環境並做出決策。

自主移動機器人需依靠各種技術整合,例如各種感應器來感知環境,像是 LiDAR、2D 或 3D 攝影機。這些感應器資料由運算平台即時處理,以分析有關該環境的資訊。接著,機器人可以使用這些資訊來建立地圖,在環境中定位和導航。

製造業對自主移動機器人越來越感興趣,因為它們可以執行材料處理等工作,即在生產線上搬運和運輸原料和加工中產品。在過去,這些重複性工作皆由人工執行,並可能會對工人的健康和安全構成風險。現在,工人不必浪費生產時間執行人工作業,可以專注於高度技術性且更具附加價值的工作。

在製造環境中使用自主移動機器人可簡化製造流程,並提高生產力、作業效率及工人的安全性。

談談 AMR 的軟體架構。

Timo Kuehn:當然,AMR 中有許多軟體。就像 Claire 提到的,有各種功能,例如感知。機器人必須感知環境,才能知道發生了什麼事;必須隨時知道其位置;需要知道要移動到何處。移動本身,也就是運動控制,非常重要:當然,要能避障;並且也需根據機器人的類型和診斷結果來與人類互動。

這些軟體功能必須依照相對應的軟體模組來對應,而且通常對時間和資源使用有非常高的要求,甚至是對競爭性的要求也是如此。舉例來說,如果一個軟體模組需要大量效能,而另一個軟體模組需要即時做出確定性回應,那麼您不能只把所有指令丟給它,並期望它正常運作。這個程序相當複雜。

尤其對於運動控制而言,可能相當具有挑戰性。需要確定性:需在預先定義的時間範圍內對感應器訊號做出反應。時間範圍取決於各種因素,例如:是否有輪子?是否有軸?必須控制多少軸?AMR 的速度多快?精確度多高?裝置是二維還是三維移動?負載是動態增加還是卸載?

一般而言,使用即時作業系統是為了能以使用者為基礎進行排程,並確保不會錯過截止時間。感知或運動控制等關鍵工作的優先順序較高,以免遭優先順序較低的工作中斷。此資源分配與最佳化是由作業系統或軟體架構所提供。

請告訴我們更多有關採取模組化方法的相關資訊。

Claire Liu:congatec 電腦模組可完美利用 Intel 處理器技術規模,包含低功耗到高運算效能,讓開發者能夠開發工時更持久、更智慧的機器人,能以優良能力和效率來執行複雜的工作。

Intel® 第 13 代 Core 處理器搭載 congatec 電腦模組,是理想的解決方案,因為它結合了強大效能、效率、靈活性和效能。MrCoM 現在受益於這些最新的 Intel 處理器,可同時執行更多應用程式,並執行更多工作負載和更多連線裝置。

開發者只要進行簡單的模組變更,即可快速輕鬆地銜接最新的 Intel 處理器技術,並且即使在多年操作自主移動機器人後,也可以為其加入智慧功能。此外,還有 Intel OpenVINO 工具組,可為開發者提供最佳化的 AI 影響力模型和全方位支援。

開發自主移動機器人時,還需要哪些其他工具和技術?

Timo Kuehn:開發 AMR 需要整合硬體、軟體與連線能力。就硬體而言,包括運算平台、機殼、馬達、感應器電源系統,當然,還有根據應用需求使用的任何感應器。軟體方面需處理感知、定位、路徑規劃、運動控制和避障。診斷以及與人類的互動也扮演著非常重要的角色。因此,要整合及管理這所有功能是相當複雜的。

AMR 是電池供電,因此增加大量控制器毫無意義。這些控制器需要連線,將增加重量、大小,並提高成本和複雜性。因此,必須將多種功能整合在少量處理器上。

在單一處理器上整合多個工作負載時,嵌入式即時虛擬機器監視器可以提供大量協助。此功能有許多優勢,例如隔離與安全性。因此,舉例來說,感知與運動控制可以在自己的虛擬機器中安全地相互隔離執行,確保當一個 VM 需要大量負載或產生大量負載時不會影響到其他 VM,其他 VM 仍可在截止時間內完成工作。

這至關重要。想像有一個感應器發出了訊號,但 AMR 或控制器的反應過慢。可能會導致當機,甚至當有涉及人類參與時,可能會導致人類受傷。同時也有助於效能最佳化及負載平衡;每個 VM 都可獲得專用資源,並達到時間和效能要求。

AMR 有哪些使用案例呢?

Claire Liu:經證明,自主移動機器人在各種產業中具有多功能用途。包含我先前提到製造環境中的材料處理,甚至還有協同作業裝配。在電子商務中可協助物流與配送。在疫情期間,我們使用自主移動機器人來運送醫療用品和藥物,並協助照護病患。在農業、餐旅服務業和零售等其他領域,應用情境也越來越多。新的使用案例不斷出現。

Timo Kuehn:環境監控是不錯的 AMR 使用案例,可協助收集空氣品質、水質或土壤狀況的資料。或應用在危險環境中,例如檢查發電廠,可降低人類工作者的風險。可用於公共場所中,提供即時視訊摘要。或在大型設施中,可用於最後一哩路的包裹運輸。機器人可以協助運輸材料,也可以用於營建工程中。有許多不同的使用案例,而且我同意 Claire 的看法,未來還會有更多使用案例。

我們可以期待未來幾年這個領域的發展方向為何?

Claire Liu:在近期內,AMR 領域將有全新發展,前景一片光明、令人興奮。技術開發將在機器人領域迅速發展,並將實作軟體架構設計的模組化方法。自主移動機器人公司將適應這個瞬息萬變的環境,並運用強大的可擴充性來實現這樣的尖端解決方案。

Timo Kuehn:當然,我們很難預測,但我相信在不久的將來會有諸多進展,特別是在搭載整合式 AI 加速器的 Intel 處理器方面。如此一來可實現增強的感知與物件辨識、更智慧的路徑規劃與最佳化,以及適應性學習等功能。我們也可以想像,此技術可改善人類與機器人之間的協作,例如即時做出複雜決策的能力,僅需一點人為介入,即可瞭解情況並執行複雜的工作。

總結:全新類型的自主移動機器人可望能將虛擬化技術、即時功能與整合式 AI 加速器相互整合。它們將更具智慧、適應能力,並且能夠以高精確度與效率執行複雜的工作。

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若要進一步瞭解自主移動機器人,請收聽自主移動機器人的開發故事,並閱讀 IoT 虛擬化推動實現協作機器人。若要瞭解 congatec 與 Real-Time Systems 最新的創新技術,請在 Twitter 上跟隨 @congatecAG 並關注 congatecReal-Time Systems GmbH 的 LinkedIn。
 

本文由 Erin Noble 編審。

作者簡介

Christina Cardoza is an Editorial Director for insight.tech. Previously, she was the News Editor of the software development magazine SD Times and IT operations online publication ITOps Times. She received her bachelor’s degree in journalism from Stony Brook University, and has been writing about software development and technology throughout her entire career.

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