深夜的工廠裡,搭載著機器手臂的自主移動機器人(AMR,Autonomous Mobile Robot)不停地來回移動,將半成品由這一站運送到下一站,確保產線生產不中斷。這台可搭載機器手臂、具有導航、移動的自主移動機器人,是目前工業自動化市場上最熱門的設備之一。

根據美國 ARC 顧問集團所發表《2020 年自主移動機器人全球市場研究》,2020 至 2025 年間,全球 AMR 市場將以年複合成長率 15.2% 的速度持續成長,預計 2025 年市場規模將來到 6.46 億美元,其中,倉儲與製造業生產線的應用,將是推動 AMR 市場成長最主要的力道。

看好 AMR 發展潛力,深耕面板製造十多年的友達,跨足為智慧製造解決方案供應商,將 AMR 視為主力產品之一,目前更積極進行產品升級,導入工業電腦大廠凌華與 Intel 合作的 ROS 2 控制器 ROScube-I,加快 AMR 從產品研發到上市的速度。友達憑藉在製造領域多年且豐富經驗與專業知識與技術,不但回應客戶需求快速,還能複製到各種不同產業。

從 ROS 1 超進化到 ROS 2!友達 AMR 車隊可群機協作、效率大幅提升

友達商用解決方案研發處處長陳文杰指出,友達剛跨足 AMR 市場時,從車體設計、作業系統整合、SLAM 演算法、系統功能開發……等作業,皆由內部開發團隊負責。

友達商用解決方案研發處處長陳文杰,拍攝:科技報橘

為了加快產品的開發速度,當時內部團隊一致決定使用機器人作業系統 ROS,因其為開源平台,在 AMR 應用上累積了相當豐富的資源,包括 SLAM、避障、導引等,有助於產品開發。

然而,ROS 1 所採用的通訊方式,只能由上層系統進行車隊管理,但如果碰上兩台 AMR 在執行任務過程中相遇在一起的狀況,哪一台車要先行?或是哪一台車可以緊急支援其他任務?這些 AMR 的調度分配,都得由上層系統來派發命令,在廠區面積大與 AMR 的數量較多時,這樣的系統架構相對沒有效率。

ROS 2 關鍵核心技術——資料分散式服務(Data Distribution Service,DDS),改良了 ROS 1 集中式通訊架構上的缺點,讓 AMR 可以進行車對車的溝通、甚至是分散式的群機協作,不用再透過上層車隊管理系統,自然也提高了運作效率。「ROS 2 是友達 AMR下一個階段的產品發展重點,」陳文杰語氣肯定地說。

AMR Structure

縮短至少三分之一以上開發時間,凌華成友達最佳產品升級夥伴

在產品升級過程中,友達觀察到凌華投入 ROS 2 發展已久,不只有將機器人控制器 ROScube 與 ROS 環境進行軟硬體之間整合外,還能提供相關的 ROS 的軟體開發套件 NeuronSDK 與專業技術協助,成為友達最佳合作夥伴。

友達光電商用解決方案事業處經理王永廸透露,以前使用一般工業電腦做為控制器,再自行整合 ROS 作業系統,產品開發時間至少要 4—6 個月,如今受惠於 ROScube 已經整合好環境與提供 Neuron SDK 的緣故,省下自行整合軟硬體的工作,新一代產品的開發時間有效地縮短了 2 個月。

更重要的是,凌華有專門聚焦 ROS 2 在 AMR 應用的專業團隊,可以協助友達 AMR 開發團隊快速地解決問題。「剛開始接觸 ROS 2 時,內部對 DDS 技術還不是非常熟悉,凌華提供了很多協助,讓我們在短時間內熟悉這項技術。」王永廸語帶感謝地說。

友達計畫導入虛擬化技術架構,ROS控制器也能指揮機械手臂

除了改用 ROS 2 外,友達產品升級還有第二個重點,就是導入虛擬化技術 (Hypervisor)架構,可安全地執行關鍵任務。陳文杰說明,目前友達 AMR 將安全相關的功能設計在底層,走 MCU 架構,如:避障、防碰撞等,而上層 ROS 2 作業系統則負責建圖、定位、導航等任務。

因為 ROScube 具備多樣的 I/O 連接埠,還有強固型 USB 可以預防震動造成脫落,能夠滿足各種 AMR 應用的需求,更因具有高度的相容性,能因應客戶需求,整合各家的機械手臂。

此外,由於因搭載 Intel 處理器、Intel Iris 顯示晶片、Movidius、OpenVINO 等技術,其運算效能非常強大,在執行前述控車任務之餘,還有許多剩餘資源可以使用。

因此,友達計劃導入像是 Intel Edge Control Platform(ECI)的 ACRN 虛擬化技術架構,安裝其他即時作業系統(RTOS,Real-time OS),讓 ROScube 也能執行機器手臂取放物品、AI 視覺辨識等運算,充分應用硬體資源。

對製造業來說,AMR 應用可以有效解決缺工問題,還能提高生產品質和良率,包括半導體業、3C 產業都有相當大的潛在需求。不過市場需求雖然龐大,但由於製造場域及應用需求多樣化,導致 AMR 客製化程度偏高。

由 ROS 控制器指揮機械手臂

陳文杰希望,透過與凌華的合作進行專業分工,由凌華負責 ROS 運算核心技術,友達則專注 AMR 產品的開發,以其年輕、有活力的 RD 與服務團隊,帶入新技術、新思維,在了解客戶以及其場域的需求後,進行系統整合作業,協助客戶迅速解決痛點,並提供完善的售前/售後服務,如此才能加快 AMR 應用速度,推動台灣製造業全面升級。

(本文提供合作夥伴轉載。)