ROS 2加持!AMR 如何助智慧工廠再升級?

作者:王健豪

無人工廠、智慧工廠、未來工廠等因應人力短缺、科技進步而誕生的概念名詞,給人一種對於製造業勢必走向自動化、電腦化、數位化和智慧化的想像。

具體來說,在工業 4.0 的(或稱為生產力 4.0)驅動下,製造業著重的不再只是簡單創造新的工業技術,而是期望透過物聯網以及智慧型的整合感控系統,以更大的格局來將製造過程中相關的技術、銷售以及產品體驗整合,創造更大的商業價值。

而其中一定要提到的,當然就屬「機器人」!機器人在市場上,已是各產業發展數位轉型中重要的一環。根據 ABI Research 預估,舉凡工廠裡的物流機器人、倉儲機器人,或是商場裡的服務型機器人、辦公大樓的迎賓機器人等,各類型機器人數量爆炸型成長,且到了 2024 年,全球的機器人中,有 55% 的機器人都採用ROS(Robot Operating System,機器人作業系統)。

ROS 開源系統超好用!加速「自主移動機器人」開發

打造機器人的方法有很多種,其中 ROS 是一套專為機器人軟體開發所設計的一套電腦作業系統架構,旨在簡化機器人平台開發的複雜性,讓全世界的機器人開發人員皆可在此平台上進行相關的研究以及資源分享,也讓感知、即時控制、定位與導航、影像處理、人工智慧等技術透過一致性的架構,在共通的平台上進行技術整合。

用組裝電腦來比喻的話,當我們買了 CPU、GPU、主機板、風扇、機殼等硬體後,會開始灌作業系統和其他軟體,這時候如果我們想要組第二台電腦,等硬體組好後,大家應該都會選擇用「燒錄」的方式灌軟體,而非重新安裝,因為這樣可以節省許多時間。

開發機器人也是同樣的原理,如果底盤、輪子、相機等硬體都弄好,想做第二台機器人,運用 ROS 就不用再寫一次程式,而可以將相同的條件(如定位導航)無痛移植,等於是加速開發不同機器人的速度。

ROS 系統不斷演進,助開發者輕鬆打造機器人(圖片來源:ADLink)

運用 ROS 開發機器人,你做的事情就不再是 R&D,而是系統整合;從自己開發一個東西和拿別人的東西來用,相對容易許多!

ROS 這套開源機器人系統開發至今已有十幾年的歷史,也已演進到了第二代(ROS 2),而第二代的價值在於其「點到點」的傳輸,核心技術則是 DDS(Data Distribution Service,數據分發服務),相較於  ROS 1 有比較大的擴充性,穩定度也較高。

由於技術不斷演進,ROS 1/ROS 2 被認為加速 AMR(Autonomous Mobile Robot,自主移動機器人)的發展。這類機器人相當強調「自主性」,能自行找出到達目的地的最有效途徑、輕易繞開障礙物、自動跨層運輸,高效安全地執行任務,在當前勞動力成本增加、人力短缺的社會下,AMR 在工廠、物流等垂直市場,應用相當普及。

Intel 助攻凌華,開發高效能 AMR 開發套件

隨著機器人技術逐漸成為未來工廠的應用主流,凌華科技(ADLINK)作為機器人工業自動化硬體領域的長期投入廠商,近年也積極投入 AI、機器視覺、物聯網、自主移動機器人(AMR)開發等領域,逐步提供 ROS 2 智慧工廠的解決方案。

其中與 Intel 合作推出的 ROScube-I,是一款為進階機器人應用而設計的 ROS 2 機器人即時控制器,這個系列搭載了 Intel® Xeon® E、第 9 代 Intel® Core™ i7/i3 及第 8 代 Intel® Core™ i5 處理器,具備多樣的 I/O 連接埠,支援多種感測器和驅動器,能夠滿足各種機器人應用的需求,大幅降低 ROS 2 系統的進入門檻,協助客戶打造自主移動機器人 AMR 系統。

凌華與 Intel 合作開發 AMR 開發套件 — ROScube-I(圖片來源:ADLink)

如果還需要更多的擴充功能或其他性能,ROScube-I 還提供的擴充盒,並支援 Intel® VPU 卡和 Intel® Distribution of OpenVINO™ 工具套件,方便進行 AI 演算法和推論運算。

事實上,大多數的客戶會選擇 Intel 的平台,原因在於當前的 ROS 系統都是在 X86 架構下開發的,如果要把 X86 的程式轉移到 Arm 架構上,就要多工做很多交叉編譯。

而為了服務那些體型比較小的機器人,凌華也開發了一款僅 25 公分25 公分25 公分的迷你控制器ROScube Pico TGL。這款迷你控制器採用的是 Intel 最新的 CPU — Tiger Lake,雖然它的I/O 連接埠沒那麼多,但它的成本低、CPU 仍然具備高運算效能,比同行產品快 1.63 倍以上。

迷你控制器ROScube Pico TGL(圖片來源:ADLink)

此外,為了讓用戶能夠加快ROS 2機器人的開發,凌華也推出了Neuron SDK開發套件,它包含了三個要素:一是友善的ROS2開發環境 - Neuron IDE;二是已驗證完成的功能包 - Neuron APP;三是機器人點對點通訊 - Neuron COMM。以功能包來說,它針對機器人常用的建圖(SLAM)、定位(Navigation)及自動巡航等三個功能提供了參考範例,可加快這幾個功能的開發,但並不是套用即可上市,還需針對個別需求進行優化調校。

Neuron SDK有助於加速AMR的開發(圖片來源:ADLink)

產線導入 AMR,加入智慧化行列

在 ROS 成為機器人開發的主流作業系統架構,AMR 成為智慧製造機器人的主要型態,凌華在今年初攜手資策會、友嘉,打造全台首創的「5G 專網+AMR 分散式群機智能未來工廠」。

在這樣的想像下,工廠場內的機台、產線、機器人等設備將運用 5G 網路低延遲、高效率的特性,透過 數據分發服務(DDS)進行自主運作、平行溝通,實現「群機智主(Swarm Autonomy)」的目標,讓一群自主移動的機器人在最小的人為操作及監督下,就能完成特定的工作任務。

未來的AMR將朝實現機群智主化發展(圖片來源:ADLink)

小結

相較於當前工廠中也蠻常見的物料搬運工具 AGV(Automated Guided Vehicle,自動導引車),自主移動機器人(AMR)在應用範圍、自主性、人機協作、群機應用上,都有較突出的表現。雖然選用何種機器人,取決於工廠的需求與場域限制,我們從 ROS 的演進、AMR 的開發和應用、Intel 與凌華的合作開發,不難看出 AMR 將會是工廠實現智慧化的重要關鍵之一。

如果您想更進一步學習本文的內容,可連到【Edge AI教學】智慧工廠再進化:從AGV到AMR 數位學習課程,收聽兩位專家的分享喔。

(本文由本刊特約記者賴佩萱聽講並代筆撰寫,責任編輯:歐敏銓)

王健豪
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Author: 王健豪

畢業於台灣大學博士班,擅長ROS機器人作業系統、無線感測網絡、物聯網,現任ADLINK的新世代機器人平台事業處市場開發經理。

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