自主移動機器人類型和應用

自主移動機器人 (AMR) 在物流應用方面愈趨多樣化，已有許多產業紛紛採用。與輸送帶等固定式材料運輸系統不同的是，AMR 不受固定路徑所限制，可以在設施周圍自主移動。AMR 搭載的無線通訊系統和車載導航系統可以接收行動指示。AMR 無需經過編程即可導航至所指示的位置，甚至在遇到障礙物時，也可以找到替代路徑。AMR 可以執行無加值任務 (例如運輸、取料和卸料)，提高倉庫作業、製造流程和工作流程的效率和生產力，讓工作人員有多餘的時間，執行有加值效果的繁複任務。雖然 AMR 是一項相對較新的技術，卻已經有許多不同的分支技術，每類 AMR 都經過最佳化，可以執行特定類型的任務。

本文將輸送帶系統和自動導引車 (AGV) 等傳統移動解決方案，與 AMR 進行比較及對照。同時還會介紹使用 AMR 的好處，以及 AMR 設計普及化如何能擴大實用性。本文還要討論 AMR 車隊與其他系統的軟體整合，包括精確導航功能、AMR 對工作人員安全的潛在影響，以及如何管理和模擬 AMR 車隊。最後將簡要介紹 AMR 的日常維護如何可以最大限度地延長使用壽命，在發生突發性停機前找出潛在問題，並根據計劃性停機和其他操作注意事項，事先安排維修和零件更換。

雖然在運送材料到特定位置這方面，AGV 比輸送帶系統更靈活，但還是遠不及 AMR。與輸送帶相同的是，AGV 也有固定路徑。但是 AGV 可以比輸送帶系統更輕易、快速地更改路徑。AMR 可以與人協作，擁有更大的靈活性，還可找到完成特定任務最有效率的路徑。如果 AMR 遇到障礙物，則可以相應地改變路徑並繼續前往目的地。如果 AGV 遇到障礙物，則會停止前進並等待幫助，然後才會繼續沿著既定軌道行駛 (圖 1)。AMR 結合使用板載和集中式運算能力，以及精密感測器，能夠解讀環境並繞過固定式障礙物 (例如支架和工作站) 和各種障礙物 (例如堆高機、人員、AGV 和其他 AMR) 導航。

圖 1：當 AMR 接近障礙物 (左) 時，可自主繞過障礙物。當 AGV 靠近障礙物 (右) 時，會停止前進，並等待協助。(圖片來源：Omron)

整合工具套件 (ITK) 是 Omron 開發的介面，可以使 AMR 與用戶端應用程式軟體進行集中式整合，這類軟體包括製造執行系統 (MES) 或倉庫管理系統 (WMS)。舉例來說，在倉庫和配送中心環境中，AMR 可以與倉庫控制系統整合來提升靈活性，在設施內不同地點之間建立路徑。因此，AMR 便成為能夠在動態環境中更好地與人類合作的機器人，執行多數的訂單履行任務和倉庫作業。

AMR 也可扮演 AGV 的角色

部分 AMR 應用會要求機器人能夠精準且重複地停留在特定位置，將材料輸送到輸送帶、給料機和測試台等相關應用。車隊管理者使用 Omron 的 AMR 時，有兩個高準確度定位系統可供選擇：單元對位定位系統 (CAPS) 和高準確度定位系統 (HAPS)。CAPS 或 HAPS 可提升抵達目標位置的準確度，從大約 ±100 mm 提升到 ±8 mm。CAPS 技術使用 AMR 前方的主要安全掃描雷射以偵測目標位置，使 AMR 能夠精準地移動到此位置。

HAPS 技術還能以更高的精確度，反覆地穿梭已定義的空間，及／或精確地停在預先定義的目標，但有些差別。使用 HAPS 時，AMR 可以遵循地板上的磁性帶導航到目標，這點與 AGV 相似。使用 AMR 下方的 HAPS 感測器，可從完全自主模式，順暢切換到磁帶所定義的路徑。AMR 將板載感測器和地板上的標記結合使用，以精準地導航並停在特定位置 (圖 2)。

圖 2：Omron 的 CAPS (左) 將 AMR 前方掃描雷射與自主導航相結合，以高精度的定位移動到目標位置。HAPS (右) 將磁帶等標記和板載感測器結合，可在導航到特定區域後停下。(圖片來源：Omron)

在 HAPS 模式下運作時，Omron 的 AMR 可以在任何路徑點進入並離開磁帶路徑。如此一來，AMR 便能夠從自然特性和自主導航模式，順暢切換到類似 AGV 的磁帶引導模式。如果 AMR 前後都配備 HAPS 感測器，還可以沿著磁帶路徑，準確地前後移動。

開發人員、整合商和最終使用者都可以客製化 Omron 的 AMR 系統，以因應各種酬載和任務 (圖 3)。ITK 除了支援其他可能的設施整合外，若將 CAPS 和 HAPS 互相結合以提高 AMR 的能力，便可應付需要準確和可重複定位的時機，並開發出以下新的應用，例如：

• 運送裝滿材料的推車
• 零售店的庫存檢查
• 安全貨運機器人，將物品送給飯店房客手中，或將高價值元件送至工作站
• 公共場所消毒
• 客製化協作型 AMR
• 輸送帶頂部
• 運送重達 1,500 kg 的物品

圖 3：AMR 有多種配置可供選擇，經最佳化後可執行特定的任務。(圖片來源：Omron)

安全操作機器人

安全操作是 AMR 必需具備的要求。標準的安全感測器包括：用於偵測障礙物的後方聲納和前方雷射、前保險槓感測器 (如果 AMR 觸碰到物體就會停止)，以及可提醒附近人員 AMR 正在運行的光碟 (圖 4)。此外，還可以根據特定要求 (例如可辨識突出或懸掛的障礙物) 加裝選配的感測器。AMR 必須符合各種國家和國際安全法規，例如 EN 1525 (工業卡車、無人駕駛卡車及其系統的安全性)、ANSI 56.5:2012 (無人駕駛、自動導引工業車輛，和載人工業車輛自動化功能的安全標準)，以及 JIS D 6802:1997 (自動引導車系統 - 安全通用規則)。

圖 4：Omron 的 AMR 符合 ISO EN1525、JIS D6802 和 ANSI B56.5 安全標準，具有多個安全性專用的標準感測器，還可以加裝選配的感測器，來加強特定應用情境的安全性。(圖片來源：Omron)

系統層級安全評估

符合各種國家和國際標準，不過是滿足 AMR 安全性的第一步。AMR 是一項不斷演進的技術，未來將愈趨複雜，還得處理更繁重的酬載，因此往後勢必會帶來新的安全性挑戰。為了解決 AMR 不斷衍生出的安全性問題，Omron 提供安全諮詢服務，為 AMR 部署提供設計協助、風險評估、測試和驗證等服務。舉例來說，全新的 ISO 3691-4 標準包含對移動機器人與其他結構物之間淨空的具體要求。Omron 安全服務顧問支援的內容包括：

• ISO 3691-4 要求的佈局設計審查和區域辨識
• 設計運算方式，尤其是在高流量或需要移動重物的應用中
• 現場解決方案的測試和驗證

AMR 車隊管理員

現在不太可能只部署一個 AMR。部署多達 100 個 AMR 車隊的情況相當常見，而且 Omron 擁有 AMR 管理解決方案，其具備內建資料的擷取、分析和報告功能，使組織能夠將整體設施運營最佳化，並充分發揮常駐機器人車隊的效能。Enterprise Manager 2100 網路設備是一種結合硬體和軟體解決方案，旨在管理 AMR 車隊 (圖 5)。佇列管理軟體用於與各個 AMR 進行通訊；軟體會根據使用者或自動化設備提出的工作要求，為每個 AMR 指派任務。

圖 5：Omron 的 2100 Enterprise Manager 網路設備可用於管理一個多達 100 個 AMR 的車隊。(圖片來源：Omron)

Omron 的 Fleet Operations Workspace (FLOW) 解決方案是在 Enterprise Manager 2100 上執行，並提供智慧型車隊管理系統，能夠監控移動機器人的位置和交通流量。Enterprise Manager 2100 的使用者能夠管理和更新 AMR 配置，也能協調 AMR 的互動和移動，因此每個機器人都知道附近任何 AMR 的位置和路徑。通過自動化各種機器人的管理任務，FLOW 軟體減少了對製造執行系統 (MES) 和企業資源規劃 (ERP) 系統的編程需求。FLOW 的功能包括：

• 以 Restful、SQL、Rabbit MQ、ARCL 等產業標準為主的車隊整合工具套件
• 根據重要程度排定任務的優先順序
• 根據人員和機器人的流量，找出並選擇最快的路徑
• 辨識被封鎖的路徑並指定替代路徑
• AMR 的工作指派最佳化
• 電池充電時間最佳化，將車隊運行時間最大化

進行模擬可將 AMR 車隊最佳化

甚至在部署 EM2100 網路設備以管理車隊前，Fleet Simulator 軟體可讓使用者規劃自主移動機器人車隊的行徑路線和工作流程，並協助找出和解決可能出現的問題。只要使用 Omron 的 Fleet Simulator，即可根據實際設施的地圖，準確地建構包含 AMR 位置、路徑規劃、障礙物避免、任務模擬和車隊管理的模型。此外，模擬還可用於將 AMR 車隊配置最佳化並預測傳輸量。EM2100 可配置成工廠中的 Fleet Simulator，也可以在現場進行軟體更新。

圖 6：Omron 的 Fleet Simulator 是在 2100 Enterprise Manager 網路設備上執行，可以在部署前將整個異質型 AMR 車隊最佳化。(圖片來源：Omron)

AMR 的健全性

一旦進入現場，AMR 幾乎一直在持續運作，因此預防性維護會是成功部署的關鍵之一。為達此需求，Omron 提供了 Wellness Visits，包括定期評估設施內各個 AMR 的狀況，以提前安排維護時間，最大限度地減少代價高昂的停機時間。Wellness Visits 的好處包括：

• 將 AMR 的工作壽命最大化
• 保持最高的 AMR 運作效率
• 事先確定潛在問題，最大限度地減少突發性的停機時間
• 根據計劃停機時間和其他操作注意事項，事先安排維修時間和零件更換

總結

AMR 可以透過取料和卸料來提高倉庫作業、製造流程和工作流程的效率和生產力，讓工作人員有多餘的時間，執行有加值效果的複雜任務。隨著使用 AMR 的任務種類越來越多，現在已開發出全新的 AMR 型態，使 AMR 車隊管理變得更加複雜。管理 AMR 車隊時，在啟動車隊之前，首先要在假想的環境中模擬 AMR 的互動。一旦部署了車隊，AMR 必須安全高效地運作，並且將停機時間降至最低。另外，集中式硬體和軟體設備也可用於模擬 AMR 可能的部署方式，並監控 AMR 車隊，使車隊安全、高效和可靠地運作。