自主移動機器人被認為是無人駕駛運輸車輛的下一步。這種發(fā)展的背后是什么？

自主移動機器人（AMR）市場正在蓬勃發(fā)展。2020 年，市場規(guī)模已經(jīng)到達 3.56 億美元。MarketWatch預測，到 2026 年，市場規(guī)模將以 15.9% 的復合年增長率 (CAGR) 增長到 10.11 億美元。

直到最近，AGV 仍代表著最新的技術，它們能夠將原材料、在制品和成品運輸?shù)缴a(chǎn)線，或者從倉庫和物流中心存儲和取回貨物。AGV 結合使用軟件和基于傳感器的引導系統(tǒng)來控制其運動。它們在移動負載時執(zhí)行安全可靠的工作，因為它們在固定路徑上工作，并具有精確控制的加速和減速以及障礙物檢測。

但是，AGV缺乏靈活性。例如，如果生產(chǎn)線的布局發(fā)生變化，則必須相應地調(diào)整軌道引導，這通常與時間和金錢的花費有關。如果 AGV 檢測到障礙物，它就會停下來，直到有人移開該物體。此外，AGV 無法與人類交互，因為車隊管理系統(tǒng)是集中式的，并且在沒有點對點通信的情況下工作。

AMR 更加靈活：當操作布局發(fā)生變化時，同步定位和地圖構建 (SLAM) 允許機器人探索仍然未知的空間自動生成地圖，而無需操作員的任何額外努力或成本。AMR 使用一系列傳感器技術以及攝像頭檢測和實時通信技術的組合來動態(tài)檢測和避開包括人在內(nèi)的障礙物。

新方向

AGV與AMR的比較

機器人操作系統(tǒng)（ROS）是用于開發(fā)機器人軟件的開源框架，即既不是機器人也不是操作系統(tǒng)。ROS 由美國斯坦福大學的研究生 Eric Berger 和 Keenan Wyrobek 于 2007 年創(chuàng)建，其目標是讓對機器人硬件了解最少的軟件開發(fā)人員能夠為機器人編寫軟件。用來幫助開發(fā)人員建立機器人應用程序，它提供了硬件抽象、設備驅動、函數(shù)庫、可視化工具、消息傳遞和軟件包管理等諸多功能。

今天，ROS Classic (ROS 1) 提供了許多強大的軟件包、工具和教程，其中包括用于開發(fā)各種機器人應用程序的硬件。ROS 構建塊包括傳感器融合、導航、可視化和運動規(guī)劃。

ROS 1 最初是為學術用途而開發(fā)的，需要完美的溝通。然而，在實踐中，這遠非完美，尤其是在工業(yè)領域。帶寬、網(wǎng)絡選項、通信范圍和電池供電移動機器人的收發(fā)器功耗等可變因素也使找到最佳解決方案變得困難。此外，ROS 1 僅適用于單個機器人。讓多機器人工廠更智能地工作需要協(xié)作技能。這就是 ROS 2 發(fā)揮作用的地方，它基于 DDS 通信框架，通過啟用 AMR 實時點對點通信（即所謂的群自治）來分散車隊管理系統(tǒng)。

從 ROS 1 到 ROS 2 的遷移實現(xiàn)了群體機器人的自主性

一群自主移動機器人可以在很少或沒有人工操作員監(jiān)督的情況下執(zhí)行其任務。但是，該行業(yè)需要從 ROS 1 轉向 ROS 2 才能實現(xiàn)這一目標。這種遷移是一個挑戰(zhàn)。

對于已經(jīng)使用 ROS 1 的開發(fā)人員來說，存在三個主要挑戰(zhàn)：復雜性、可擴展性和可升級性。AMR 設計很復雜。從計算平臺到傳感器、運動控制器和機械設計，構建機器人系統(tǒng)需要用戶選擇和購買硬件并安裝軟件（操作系統(tǒng)（OS）、驅動程序和軟件包）。如果他們對系統(tǒng)不熟悉，則可能需要長達一個月的時間才能完成系統(tǒng)集成。如果需要實時功能或專用服務質量 (QoS) 等擴展功能，則開發(fā)人員必須自己編寫代碼。當構建機器人作為概念驗證時，可擴展性和部署問題是主要問題。

ROS 1 在概念上并非旨在跨多個 AMR 進行通信。在這種情況下，車隊系統(tǒng)將面臨準確性問題、故障或損壞的風險。此外，到 2025 年，對 ROS 1 的支持將達到生命周期結束 (EOL)；受影響的公司必須決定如何管理從 ROS 1 到 ROS 2 的遷移。

ROS 2 是將 ROS 1 從學術界帶到工業(yè)領域的更新。ROS 2 支持多個機器人進行工業(yè)使用，這些機器人能夠協(xié)作和可靠、容錯、實時通信。以 DDS 為骨干，ROS 2 提供了一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換環(huán)境（例如數(shù)據(jù)流），允許 AMR 群進行通信。具有分布式數(shù)據(jù)服務 (DDS) 技術的其他設備也可以使用數(shù)據(jù)流進行共享數(shù)據(jù)交換。

DDS 是 ROS 2 的關鍵組件。該技術的核心是 Data-Centric Publish-Subscribe (DCPS) 標準，它提供了一個可供所有獨立應用程序訪問的全局數(shù)據(jù)空間。美國海軍使用 ROS 2 解決了艦艇上因重大軟件升級而導致的復雜網(wǎng)絡環(huán)境中的兼容性問題。自 2004 年由對象管理組織 (OMG) 發(fā)布以來，DDS 已被廣泛用作自主和復雜系統(tǒng)中分布式實時通信的數(shù)據(jù)發(fā)布訂閱模式的標準解決方案。

正確的AMR解決方案

在尋找合適的基于ROS 2的AMR解決方案時，有幾個方面需要考慮。公司必須首先確定系統(tǒng)是否針對AMR導航進行了優(yōu)化，包括硬件和軟件整合，以避免耗時的依賴性、版本問題和編譯錯誤。

為了實現(xiàn)傳感器融合的高精度，多個集成傳感器的時間同步至關重要，例如GMSL（千兆位多媒體串行鏈接）圖像和慣性測量單元（IMU）。

為了優(yōu)化內(nèi)部數(shù)據(jù)處理，系統(tǒng)應該有一個共享內(nèi)存機制。在傳統(tǒng)的實現(xiàn)方式中，系統(tǒng)中的進程必須通過操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡層轉發(fā)消息，這導致了延遲。訪問共享內(nèi)存和直接傳輸是優(yōu)化的方法，可以大大降低延遲。

所設計的解決方案應該能夠實現(xiàn)分散的通信，支持蜂群的自主性，同時確保容錯和冗余。

最后，應評估該解決方案是否易于實施。一些供應商提供具有優(yōu)化的DDS性能的軟件開發(fā)工具包，以支持蜂群結構并確保可靠的通信。Eclipse Cyclone DDS是一個快速可靠的DDS實現(xiàn)，被ROS 2技術指導委員會（TSC）選為ROS 2 Galactic Geochelone版本的默認ROS中間件（RMW）。這種默認配置適用于大多數(shù)開發(fā)人員，但非默認的RMW配置也是可能的。

選擇提供集成開發(fā)環(huán)境（IDE）、具有經(jīng)過測試和驗證的軟件包的應用程序以及參考設計的示例代碼的供應商是一個好主意，這樣可以更容易實現(xiàn)和更快部署。為了使開發(fā)者更容易從ROS 1遷移到ROS 2，一些供應商提供了不同方法的遷移指南，強調(diào)了與遷移過程有關的好處和問題。

用于蜂群自主的FARobot

FARobot-AMR是Adlink和富士康的一個聯(lián)合項目

Adlink目前正在與鴻海科技集團（富士康）合作。富士康正在其生產(chǎn)設施中使用FTF，但希望提高其生產(chǎn)線的靈活性。因此，富士康與Adlink成立了一家名為FARobot的合資企業(yè)，利用ROS 2開發(fā)先進的蜂群機器人系統(tǒng)（SRS）和自主移動機器人解決方案。

由于AMR之間的實時通信，它們可以進行任務調(diào)度和分配，并通過點對點通信確定每個ARM的位置路徑。如果其中一個AMR出現(xiàn)故障，車隊立即提供備份，并派出最合適的機器人來協(xié)助。

用DDS進行實時整合的私有5G

通過部署FTF，機床制造商Fair Friend Group（友嘉實業(yè)集團，F(xiàn)FG）希望提高靈活性，以便能夠提高效率和降低成本。與Adlink和中國臺灣信息產(chǎn)業(yè)研究所（III）一起，F(xiàn)FG計劃建立智能工廠。這必須考慮到制造的靈活性、工廠擴張和生產(chǎn)線的快速變化。由于這種環(huán)境的關鍵是通信，DDS適合作為有線和無線生產(chǎn)環(huán)境以及具有多種無線技術的中間件。

Eddie Liu是位于臺灣臺北的Adlink公司的AMR產(chǎn)品經(jīng)理。

蜂群自主的第一個實施是在FFG成員Anest Iwata位于臺灣新竹縣湖口鎮(zhèn)的工廠的工業(yè)級噴槍的生產(chǎn)線上。生產(chǎn)設備和操作監(jiān)控中心使用私人5G與DDS實時整合生產(chǎn)線信息，并與AMR連接，將零件和部件運送到多個檢查部門，以提高生產(chǎn)力。

該實施方案包括三項技術應用：AMR解決方案、自動光學檢測（AOI）和增強現(xiàn)實智能眼鏡。這種組合使工廠的投資回報率提高了15%，生產(chǎn)成本降低了20%。

中國臺灣凌華科技有限公司（TAIEX 6166）設計和制造用于嵌入式計算，測試和測量以及自動化應用的產(chǎn)品。凌華科技的產(chǎn)品線包括計算機模塊，工業(yè)主板，數(shù)據(jù)采集模塊和完整的系統(tǒng)。凌華科技總部位于臺灣，在北京，曼海姆，巴黎，圣何塞，漢城，上海，深圳，新加坡和東京設有業(yè)務。凌華科技產(chǎn)品在全球40多個國家/地區(qū)有售，為OEM和系統(tǒng)集成商提供產(chǎn)品 適用于通信，自動化，運輸和測試與測量市場的工業(yè)構建塊和應用平臺。