線上購物多年都處於快速成長的階段,但是新冠肺炎疫情大幅加快了成長速度。2020 年的電子商務銷售量較 2019 年增加了 44%。雖然零售倉庫的作業已高度自動化,對於自主行動機器人 (AMR) 和自主導向車 (AGV) 的需求依然在上升。
AMR 和 AGV 可以全天候運作,執行過去由員工進行的危險活動和重覆性工作。線上零售將持續成長,因此業者需要更具智慧且強大的 AMR。
為了滿足這些需求,歐洲的一家行動機器人製造商與工業電腦製造商 DFI, Inc. 聯手,合作開發新一代搭載鋰離子電池的 AMR。該機器人可以:
- 乘載高達 1000 公斤
- 單次充電可運行 8 至 10 小時,或移動高達 20 公里
- 以最高每秒 2 公尺的速度移動
這些功能都整合到一個精巧的系統中,該系統可以改善生產力和效率,且無須在客戶的設施中進行結構上的改造(像是在地面加裝纜線,或在牆上或天花板上加裝感測器。)
要怎麼做到?這是透過使用一套先進的視覺系統,該系統由強大且省電的平台控制器驅動。
透過機器視覺的視角
現今的倉庫和分銷中心 AMR 和 AGV 需要特定技術,好讓它們無需外部纜線或地面感測器即可運作。機器視覺和導航是第一步。
如圖 1 所示,現代 AMR 的影像系統通常配置了一個立體攝影機,可以生成周圍環境的即時視訊。接著,兩個影像串流會進行一定程度的預先處理,產生一個深度圖,以計算物體在實體空間中的位置和深度。接著會使用數學映射演算法(例如隨機抽樣一致算法 [RANSAC])來重建環境的 3D 地圖,而這份地圖會被用於規畫路徑/導航、辨識障礙物、避障等等。
這個視覺系統生產的結果會被密切地整合到 AMR/AGV 平台的其它部分。它們會用來告訴平台主要控制應該在何時、以何種形式操作馬達和促動器,這兩者負責加速/減速、控制方向等。這項資訊也可以被傳送到裝置以外,以支援多種使用案例,包括透過無線介面進行遠端控制、資料監測和預測維護、路徑規劃模型改進等。
簡單來說,嵌入於現代 AMR 的電腦必須能夠執行複雜地影像和視訊處理工作、執行映射演算法、和執行即時控制功能,同時還必須符合一定的電力預算,以延長運行範圍和電池續航力。
嵌入於現代 AMR 的電腦必須能夠執行複雜地影像和視訊處理工作、執行映射演算法、和執行即時控制功能,同時還必須符合一定的電力預算,以延長運行範圍和電池續航力。@DFI_Embedded 轉自 @insightdottech
嵌入式電腦威力、效能和可靠性
AMR 計畫一開始時,該行動機器人製造商考慮了多個不同的中樣控制中心設計。它需要一個可靠性高且生命週期長控制器,且可支援多個感測器介面(包括 RS-422 等罕見的工業介面),以及在高震動和高訊號干擾的環境中達到零效能損失。
製造商曾考慮使用 Intel® NUC ,因為它具備高效能和精巧的設計。但最終,製造商選擇了經得起產業考驗、搭載豐富 I/O 的 DFI EC70A-SU/KU 系列無風扇嵌入式系統(圖 2)。
「EC70A 系列的基礎為第 6 代和第 7 代 Intel® Core™ 處理器,我們的控制器的效能因而能較前代提高 50% 以上。」 Waterball Liu 表示,他是 DFI 的行銷經理。
控制器結合了多個 CPU 核心、一個整合式 Intel® HD Graphics 520 核心以及 Core 處理器的新媒體功能,能有效地:
- 管理一系列 2D 和 3D 攝影機和掃描器
- 執行視覺和導航所需的影像、神經網路和映射工作負載
- 協調方向控制所需的控制工作
- 執行 AMR 的主要作業系統
同時,處理器的電源效率(採用 15W 的散熱設計功率 (TDP),最低可設定成 7.5W)對於系統大小和可靠性也有重要的設計優勢。
Liu 表示:「低耗電對於電池續航力有直接的影響,但同時,這代表平台需要散除的熱量也較低。」「而且盒子的尺寸較傳統的 IPC 小 70%,但依然可以在 -20ºC 至 60ºC 的溫度範圍中運作。」
現成可用產品降低成本
EC70A 系列最好的一點在於該系統是現成的。這代表 AMR 終端使用者(如 DFI 的歐洲客戶)可以享受大規模生產帶來的低廉每單位成本,同時透過軟體、服務和硬體以外的機制來提高附加價值。
這不代表該產品缺乏自訂設計的靈活性或先進功能。事實恰恰相反,除了 RS-232、RS-422、RS-485 等工業連線能力外,該平台還透過兩個 Mini PCIe 插槽提供藍牙、Wi-Fi 和 5G 無線連線。事實上,DFI 的歐洲客戶利用了插槽裡的 Wi-Fi 晶片組,透過智慧型手機或平板電腦來遠端控制機器人。
沒想到現成可用的產品竟然有這麼多創新技術。