世界的变化正在迅速改变着现代仓库的变化。电子商务，零售商业，医院其他第三方物流企业将独立运作。机器人AMR被认为是控制人工成本、提高吞吐量和缩短交货期的关键技术。工厂主和管理人员希望AMR快速、易于部署并且可以即时更改。没有人喜欢它的前任。搬运车辆(AGV)则不同。AMR可以理解命令，动态检测和避开障碍物，并在不同的工作环境中导航，因此无需在现有路径上或由操作员控制其移动。本文描述了使用集成软件和硬件技术的AMR的开发和部署，包括工厂、智能城市和医院的实际应用案例。
复杂的仓库需求推动AGV走向AMR的大趋势。
AMR市场正在蓬勃发展。2020年，其市场规模约为3.56亿美元。根据MarketWatch的预测，到2026年，AMR的全球市场规模将增至10.11亿美元，年复合增长率(CAGR)为15.9%。制造和物流企业需要高吞吐量、快速和简单。机器人部署和柔性生产线。这种发展趋势伴随着新应用的出现，推动了从AGV到AMR的重大转变。为了理解这种转变，我们先来解释一下这两种技术。
AGV和AMR的主要区别
直到现在，AGV还代表着最新的先进技术——它可以将原材料、半成品、成品运送到制造生产线，或者放入仓库储存，或者送到物流中心取回。AGV使用软件和基于传感器的导航系统来引导其路径。它们在运输货物时安全可靠，因为它们遵循固定的路线，并具有精确控制的加速和减速以及障碍物检测缓冲器。
然而，AGV缺乏灵活性(见图1)。比如生产线布局发生变化，就意味着导航的轨道基础设施需要重新规划，这往往涉及时间和相关成本。当AGV检测到障碍物时，它会停下来，直到有人移除障碍物。另外，AGV无法进行人机交互，因为车队管理系统是集中式的，不是点对点的通信。
图一。AGV与AMR的比较
与AGV相比，AMR更加灵活。如果生产线的布局发生变化，SLAM可以使机器人探索陌生的位置空间，自动创建地图，无需操作员付出额外的努力或成本。AMR可以使用一系列传感器技术来动态检测和避开障碍物，包括人。这些机器人利用传感器和摄像头检测与实时和通信相结合的技术，实现了与人类的实时通信。协作。
新方向:从ROS 1到ROS 2的迁移实现了集群。机器人的自主权
机器人操作系统(ROS)是一个系统，用于机器人软件开发的开源框架，它既不是机器人它不是一个操作系统。ROS是由斯坦福大学的两名博士生埃里克·博格和基南·怀罗贝克在2007年创立的，他们希望哪怕只掌握一点点。机器人具有硬件相关知识的软件开发人员也可以提供机器人写软件。
如今，ROS Classic(也称为ROS 1)拥有丰富而稳定的软件包、工具和教程，涵盖了不同的开发机器人应用程序的硬件。ROS模块包括传感器融合、导航、可视化和运动规划。
ROS 1最初只是为了学术目的而开发的，其前提是拥有完善的沟通能力。但是在现实世界中，通信条件并没有想象中那么完美，尤其是在工业在环境中一些不断变化的因素，如带宽，网络可用性和通信范围，以及电池供电的移动。机器人收发器的功耗大大增加了系统的复杂性。另外，ROS 1只适用于单个机器人。如果你想让工厂变得更聪明，你需要不止一个。机器人并且需要这些。机器人可以相互交流协作。ROS 2基于DDS(数据分发服务)的通信架构，通过车队自治将车队管理系统去中心化，使AMR实现点对点实时通信。
图2，新的方向:从ROS 1到ROS 2的迁移，实现集群。机器人的自主权
从AGV到AMR的过渡和从ROS 1到ROS 2的迁移可能是由工厂经理的工作优先级引起或驱动的。在现代化的智能工厂、仓库和物流中心，工厂经理通常希望更高的吞吐量。他们需要能够执行其他任务的高效AMR。所有者还希望能够快速轻松地部署，这意味着他们需要AMR在不预安装任何基础设施的情况下快速升级他们的运营。他们还需要能够灵活地修改生产线，实时调整设置并轻松执行任务。出于这些原因，尽管许多开发人员已经使用ROS 1来原型化AMR，但仍有必要迁移到ROS 2。
基于ROS 2构建新一代AMR挑战
AMR的未来是实现集群的自治。集群自主运动机器人它们可以在几乎没有人类操作监督的情况下完成工作。为了实现这个目标，行业必须从ROS 1迁移到ROS 2。
然而，迁移到ROS 2具有挑战性，尤其是在开发和部署大量AMR时。对于已经使用过ROS 1的开发者来说，主要有三个挑战:复杂性、可扩展性和可伸缩性。
AMR的设计比较复杂，我想造一个。机器人系统，开发者需要选购从计算平台到传感器、运动控制器的硬件，还要考虑机械设计和安装软件(操作系统、驱动和软件包)。如果开发人员对系统不熟悉，可能需要长达一个月的时间来完成整个系统集成。如果需要实时能力和专用QoS等高级功能，开发人员必须编写自己的代码。一旦你开始建造，机器人作为概念验证，可伸缩性和部署成为更大的问题。
ROS 1的结构不打算用于多个AMR之间的通信。用ROS 1开发AMR管理系统，会给AMR带来准确性、失败和损坏的风险。运营商需要的是大规模的AMR部署，而不是高昂的实施成本。
并且对ROS 1的支持预计在2025年结束(EOL)，这意味着更多。公司需要确定如何从ROS 1迁移到ROS 2。为此，开发人员需要熟悉迁移过程。
用ROS 2实现AMR部署的注意事项
ROS 2从学术界带来了ROS 1。工业字段。ROS 2允许多次通过。机器人在...之间协作和可靠、容错的实时通信工业用于。ROS 2使用DDS作为通信骨干，提供了统一的数据交换环境，就像一条数据的河流，所以集群AMR之间可以相互通信。使用分布式数据服务(DDS)技术的其他设备也可以通过使用Data River来共享数据。
DDS是ROS 2的关键组成部分，其技术核心是以数据为中心的发布-订阅(publish-subscribe，DCPS)模式，提供了一个所有独立应用都可以访问的全局数据空间。美国海军用ROS 2解决了复杂网络环境下舰艇大规模软件升级的兼容性问题。自2004年对象管理组织(OMG)发布以来，DDS作为数据发布和订阅的标准解决方案得到了广泛应用，它可以在自治和要求苛刻的系统中实现分布式实时通信。
在寻找合适的基于ROS 2的AMR解决方案时，需要考虑以下因素。
首先，开发人员必须确定系统是否针对AMR导航进行了优化(包括硬件和软件集成)，以避免耗时的依赖、版本问题和编译错误。
惯性测量单元(IMU)是非常重要的，以便通过多个集成传感器之间的传感器融合和时间同步来实现高精度，例如GMSL图像(Gigabit multimedia serial link)。
为了优化数据的内部处理，需要考虑系统是否有共享内存机制(见图3)。在传统的实现方法中，系统中的进程需要通过操作系统网络层传递消息，这会导致延迟的现象。访问共享内存和直接传输是一种优化的解决方案，可以显著减少延迟。
找到一种解决方案，能够提供分布式通信，支持集群自治，同时确保容错和冗余。
图3。使用共享内存机制优化进程间的通信。
最后，考虑解决方案是否易于实现。一些供应商提供软件开发套件(SDK)来支持集群架构，并通过优化DDS的性能来确保通信的稳定性和可靠性。Eclipse Cyclone DDS是一个快速可靠的DDS实现，被ROS 2技术指导委员会(TSC)选为ROS 2 Galaxy Geochelone版本的默认ROS中间件(RMW)。这种默认配置适合大多数开发人员。或者，他们可以使用非默认的RMW进行配置。
为了更容易地实施和更快地部署，请寻找能够提供集成开发环境(ide)、具有经过测试和验证的软件包的应用程序以及参考设计示例代码的供应商。为了帮助开发人员轻松地从ROS 1迁移到ROS 2，一些供应商还提供了迁移指南，其中包括不同的方法，并描述了与迁移过程相关的好处和问题。
凌华科技和富士康组建的FARobot实现了车队的自主化。
凌华科技目前正与全球制造业巨头鸿海科技集团(富士康)合作。富士康在生产设施中使用AGV，但他们希望提高生产线的灵活性。富士康和凌华科技联合成立了一家名为FARobot的公司？Fabo智能移动合资公司，利用ROS 2开发高级车队。机器人系统(SRS)和自主移动。机器人(AMR)解决方案(参见图4)。
图4。FARobot AMR 机器人可以提高工业生产效率和生产率
由于AMR之间可以实时通信，所以它们可以进行任务调度和分配，并使用对等通信来确定每个AMR的位置路径。如果一个AMR失败，团队将立即启动备份计划，并自动调度最合适的一个。机器人去协助。
FARobot独特的AMR解决方案有一个集群。协作、任务故障转移和性能优化。通过采用最新的集群自治技术，FARobot AMR机器人可以提高工业生产效率和生产率。比如在正确的时间把正确的原材料或部件运送到正确的地方，减少不必要的停靠。
未来工厂:DDS+5G专网，保证实时能力。
优加集团是世界上最大的机床制造商之一，劳动力的短缺和需求的变化使它公司意识到需要立即升级后勤、提高测试能力和加强技术服务。虽然应该是公司使用AGV，但他们希望增加系统的灵活性，以提高效率和降低成本。优加集团携手凌华科技股份有限公司、台湾省策会(三)共同打造智能工厂。
在部署智能工厂解决方案时，必须考虑制造的灵活性、工厂的扩张和生产线的快速切换。在这些环境中，沟通是关键。DDS可以在有线和无线网络以及采用各种无线通信技术的制造环境中用作中间件。高可靠性的DDS，结合5G专网的低延迟、高速传输，可以提高AGV的灵敏度和响应速度。
第一次实施车队自治是在友嘉集团岩田的友嘉精机工厂。工业工厂位于台湾省新竹县湖口镇。生产设备和操作监控该中心与5G专网和DDS实时集成，与生产线信息集成。通过连接到AMR，零件被运送到多个检测部门以提高生产率(见图5)。
图5:生产线信息的实时集成以及与运输AMR的连接。
该实施包括三个重要的技术应用:AMR解决方案、自动光学检查(AOI)和增强现实(AR)智能眼镜。这种组合使工厂的产量提高了15%，生产成本降低了20%。
AMR的未来
随着基于点对点通信的车队自治需求的不断增加，行业趋势将继续从AGV向AMR过渡，从ROS 1向ROS 2过渡。ROS 2是协助AMR开发和部署的突破，包括工业许多行业包括。
最近的疫情将AMR引入医疗领域，实现病房和重症监护室的自动消毒。AMR还可以为患者提供支持和行动帮助。零售工业、商店和餐馆服务机器人、智能订单配送的最后一公里服务都有AMR。其他应用包括自主农业和智能收割、建筑，工业剧情和灾难恢复等等。
AMR的开发和部署需要更多的努力，这不是一个公司可以完成。它需要一个完整的生态系统，包括实时软硬件平台提供商、传感器和系统集成商以及应用的最终用户。凌华科技通过将软硬件与通信技术相结合，支持开发者在5G专网环境下快速、灵活、最具成本效益地构建和部署AMR。