在廠房中應用自主移動機器人

September 1, 2023

Christina Cardoza

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 的產品行銷經理 Claire Liu；以及嵌入式和即時解決方案供應商 Real-Time Systems 的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。