機器人技術

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。

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）。

「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。