自主移動機器人被認為是無人駕駛運輸車輛的下一步。這種發展的背后是什么？

自主移動機器人（AMR）市場正在蓬勃發展。2020 年，市場規模已經到達 3.56 億美元。MarketWatch預測，到 2026 年，市場規模將以 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、在制品和成品運輸到生產線，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來控制其運動。它們在移動負載時執行安全可靠的工作，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，如果生產線的布局發生變化，則必須相應地調整軌道引導，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檢測和避開包括人在內的障礙物。

新方向

AGV與AMR的比較

機器人操作系統（ROS）是用于開發機器人軟件的開源框架，即既不是機器人也不是操作系統。ROS 由美國斯坦福大學的研究生 Eric Berger 和 Keenan Wyrobek 于 2007 年創建，其目標是讓對機器人硬件了解最少的軟件開發人員能夠為機器人編寫軟件。用來幫助開發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、可視化和運動規劃。

ROS 1 最初是為學術用途而開發的，需要完美的溝通。然而，在實踐中，這遠非完美，尤其是在工業領域。帶寬、網絡選項、通信范圍和電池供電移動機器人的收發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作技能。這就是 ROS 2 發揮作用的地方，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。

從 ROS 1 到 ROS 2 的遷移實現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督的情況下執行其任務。但是，該行業需要從 ROS 1 轉向 ROS 2 才能實現這一目標。這種遷移是一個挑戰。

對于已經使用 ROS 1 的開發人員來說，存在三個主要挑戰：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，構建機器人系統需要用戶選擇和購買硬件并安裝軟件（操作系統（OS）、驅動程序和軟件包）。如果他們對系統不熟悉，則可能需要長達一個月的時間才能完成系統集成。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 從學術界帶到工業領域的更新。ROS 2 支持多個機器人進行工業使用，這些機器人能夠協作和可靠、容錯、實時通信。以 DDS 為骨干，ROS 2 提供了一個統一的數據交換環境（例如數據流），允許 AMR 群進行通信。具有分布式數據服務 (DDS) 技術的其他設備也可以使用數據流進行共享數據交換。

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據空間。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絡環境中的兼容性問題。自 2004 年由對象管理組織 (OMG) 發布以來，DDS 已被廣泛用作自主和復雜系統中分布式實時通信的數據發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是否針對AMR導航進行了優化，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）。

為了優化內部數據處理，系統應該有一個共享內存機制。在傳統的實現方式中，系統中的進程必須通過操作系統的網絡層轉發消息，這導致了延遲。訪問共享內存和直接傳輸是優化的方法，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化的DDS性能的軟件開發工具包，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，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開發人員，但非默認的RMW配置也是可能的。

選擇提供集成開發環境（IDE）、具有經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和更快部署。為了使開發者更容易從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和富士康的一個聯合項目

Adlink目前正在與鴻?？萍?/a>集團（富士康）合作。富士康正在其生產設施中使用FTF，但希望提高其生產線的靈活性。因此，富士康與Adlink成立了一家名為FARobot的合資企業，利用ROS 2開發先進的蜂群機器人系統（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出現故障，車隊立即提供備份，并派出最合適的機器人來協助。

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（友嘉實業集團，FFG）希望提高靈活性，以便能夠提高效率和降低成本。與Adlink和中國臺灣信息產業研究所（III）一起，FFG計劃建立智能工廠。這必須考慮到制造的靈活性、工廠擴張和生產線的快速變化。由于這種環境的關鍵是通信，DDS適合作為有線和無線生產環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產品經理。

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的工廠的工業級噴槍的生產線上。生產設備和操作監控中心使用私人5G與DDS實時整合生產線信息，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）和增強現實智能眼鏡。這種組合使工廠的投資回報率提高了15%，生產成本降低了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品。凌華科技的產品線包括計算機模塊，工業主板，數據采集模塊和完整的系統。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務。凌華科技產品在全球40多個國家/地區有售，為OEM和系統集成商提供產品 適用于通信，自動化，運輸和測試與測量市場的工業構建塊和應用平臺。