凌華推動新世代機器人通訊技術,如何讓上百台自動化無人搬運車不打架?

上百台負責搬運晶圓、液晶電視的自動化天車吊掛在半導體廠、光電廠的天花板上、大型倉儲,縱橫交錯的路網宛如智慧城市的道路縮小版。要避免高效忙碌的天車於軌道上行走時在「十字路口」相撞,就需要靠分散式資料管理架構(Data Distribution Service, DDS)通訊架構在天車互相接近時能彼此溝通,透過事先定義的禮讓機制來避免碰撞,做好車對車之間的即時溝通。

分散式 DDS 讓無人車、機器人即時溝通互連

DDS 已是機器人作業系統 ROS 2 支援的核心通訊技術。凌華科技新世代機器人平台事業處總監陳家榜博士指出,在過去沒有使用 DDS 技術,必須靠集中式架構讓所有機器(人)都與伺服器溝通,如果是只有 10 台機器還好,但若是上百台機器要做訊息交換就會產生延遲及效能問題。此外,若是有新的機器要加入產線提供服務,對使用自行開發的集中式通訊系統架構來說必須改寫程式,但若是使用 DDS 技術透過發佈/訂閱機制,所有的感測器或機器都可將其資料傳送到 Data River (DDS Bus),有需要的機器或新加入的機器透過訂閱就可取得資料,因此不需另改寫程式,做好應用系統的時間、空間的解耦。

凌華三年前購併英國開發 DDS 技術廠商 PrismTech,將原本用於軍事、航太系統,講求可靠、即時與安全性的 DDS 技術轉而朝向自主移動設備通訊使用,不僅能讓移動式機器人、無人車彼此溝通,也有助於單一機器人或無人車本身多個感測器與元件之間互通互連並加速存取。

以整體架構來看,硬體在最底層,其上是 DDS 通訊技術,DDS 上層則是 ROS 2,ROS 2 上則是各種機器人應用程式。陳家榜博士分享過去曾有一家研發機器人的荷蘭客戶一開始是自己開發通訊軟體,但後來發現當每年推出新的機器人應用就得重寫新的通訊軟體以滿足機器人設計,於是決定採用商業版 DDS 系統,自己只要專注機器人應用的開發。

凌華除了開源碼版本 DDS 外,凌華亦是商業版 DDS 廠商中唯一推出結合工業等級硬體平台的廠商。談起開源碼 DDS 與商業版 DDS 的差別,陳家榜博士指出若使用開源碼 DDS 必須凡事自己來,例如自行找工業電腦組裝整合,可能面臨 I/O 接口不足需靠兩台電腦串接而無法一體成型,以及會面臨軟體驅動程式相容等問題。且開源碼 DDS 效能較差,若有 bug 可能也無人可及時處理,較適合 Maker 自造者及新創公司研發初期使用。

軟硬結合,凌華推出移動式機器人開發平台

商業版 ROScube SDK 除提供服務保證,解決 DDS、ROS 2 等軟硬相容問題外,還可提供優於開源碼 DDS 至少 5 倍的效能,在延遲性與吞吐量等傳輸品質上都有較好表現。陳家榜博士指出這是因為商業版 DDS 獨有的共享記憶體功能,當機器人中的馬達控制、感測器、主機等連結到 DDS 時,透過共享記憶體即可快速存取資料因而達到更好的效能。

以前的移動式機器人在固定的磁條軌道上行走並搬運貨物,但隨著 3C 產品更新換代速度加快,產線變化也得快,因此固定式磁條軌道將逐漸被能自己行走的 AI 化機器人取代。AI 化的移動式機器人必須能適應現場各種環境,包括需防震動、散熱性能佳,還要有豐富的 I/O 以便串接多種感測器。凌華推出針對移動式機器人的控制器 Neuron,可滿足機器人開發上硬體與軟體的需求。

Neuron 獨特無風扇的設計完全靠機殼散熱,以避免風扇造成灰塵的堆積。多組 I/O 接口可提供無人車或機器人及各種感測器串接。此外,Neuron 也提供 ROScube SDK 讓開發者使用,並內建上述共享記憶體功能。

未來人力成本將更為高漲,凌華看好移動式專業型服務機器人在各領域市場的需求,除了在智慧工廠或倉儲搬運之外,包括在飯店協助提供客房服務、在醫院協助運送可能導致感染的醫療廢棄物、負責巡邏的保全機器人、在海底/地底的探勘機器人、在賣場的機器人手推車等,期許結合 ROS 2 與 DDS 的 Neuron 能加速產業推動機器人應用開發。

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(本文提供合作夥伴轉載。)

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