工業技術研究院 產業科技與國際發展策略所 黃仲宏
隨著人力短缺的問題益發嚴峻，預期會有愈來愈多的業者加入自主移動式機器人的行列。
自主移動式機器人的發展
移動式機器人常見的稱呼有Autonomous Mobile Robot（AMR）、Mobile Arm Robot（MAR）、Mobile Robot（MR）、Mobile Manipulator（MM）等等；結合移動平台、機器手臂、視覺感測、人工智慧的機器人平台，具備自主移動（如無須導軌）以及環境變化的自主因應能力，目前通稱為自主移動式機器人（Autonomous Mobile Robot, AMR）。AMR是透過感測器進行自主導航的機器人，特別是以即時定位與地圖建構（Simultaneous Localization and Mapping, SLAM）技術執行靈活的移動；有別於以磁條或紅外線感應，執行固定路線、繞行等導航動作的無人搬運車（Automated Guide Vehicle, AGV），並增加了多關節機械手臂。現今主要的工業機器人業者均有推出機械手臂和AGV整合的產品，來強化客戶對他們現有機器人產品的黏著度，也讓市場規模逐年擴大。AMR是機器人的熱門產品，其商機亦是各機器人廠商必爭之地，靈活的AMR融入生產線製程，有望增加生產製造上的靈活與彈性，傳統的AGV升級為AMR，效益可增加40%以上，如此應用會成為智慧自動化的主流。
自主移動式機器人的核心單元組成可分為：1、驅動系統，主要是馬達驅動模組；2、控制系統，主要為定位與導航的路徑規劃技術；3、電力系統，主要為打造高能量密度及有效電能管理的轉換模組技術；4、感測系統，主要是三維的距離位置及避障感測；5、機體結構，主要為車體本身結構強度與複雜地圖的適應性；6、派車系統，主要為車輛／各站別排程最佳化與介面整合。此外，自主移動式機器人導入無線通訊系統能夠提高生產線之彈性，先進的資通訊技術已讓自動化邁向智慧製造的質變，它可望致使產線快速調配、實體數位互動、以雲端控制系統得以實現。
對於自主移動式機器人來說，電池的成本與效能亦是重要元件，發展趨勢是從鉛酸電池、到具有循環壽命長、能量密度高、體積較小的鋰離子電池，例如磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池，未來若發展出固態電池，無論是給AMR或是電動車，都是一個新的能源境界。預估AMR本體的全球市場規模在2025年可達18億美元，2018年~2025年的年均複合成長率約20.4%，整個軟硬體系統規模可達90億美元，圖1是AMR軟硬體全球市場規模，數值的統計含括AGV、AMR周邊相關元件。
資料來源：工研院產科國際所(2021/08)、IFR(2022/10)【1】
圖1 AMR相關軟硬體全球市場規模（資料來源：工業技術研究院）
自主移動式機器人智動化的關鍵技術
在少子化與高齡化雙重衝擊的現代社會，許多以往靠著充沛人力進行作業的行業已漸漸無法承受住人力成本帶來的壓力，於是紛紛開始朝著使用機器人來取代其工作。AGV已在許多大型物流業者的倉儲管理見到其應用，靠著其優異的高度自動化、方便編程管理、全時工作且零失誤等特色迅速吸引廠商業者大量投資。然而AGV在路徑軌道上需要軌道佈置、無法自主避開障礙、地圖路徑更改缺少彈性等缺點，於是給了AMR一個絕佳的舞台：展示如何從物流自動化躍升至智動化，AMR發展的關鍵就是自主導航能力的提高，從磁條導航、二維碼導航、雷射導航，逐漸進展至人工智慧視覺導航，運用SLAM不斷更新AMR的精確位置，利用光學雷達建構AMR周圍的三維環境，完成AMR之定位與導航功能。
綜觀以上，具備自主導航功能、能夠自主辨識貨物、選擇最佳路徑、實現安全、準確的物件取放和運搬移動，均為其關鍵技術的展現，AMR智動化至少具備以下功能：
- 自主導航和定位：搭載三維光學雷達SLAM定位技術，AMR能夠在複雜環境中實現自主導航，無需依賴外部導引磁帶或導航設施，提高運作靈巧性。
- 智慧感知和視覺辨識：利用人工智慧視覺辨識技術，AMR能夠準確識別並定位貨物，避開障礙物，確保運作安全可靠。
- 任務調度和優化：派車系統能夠對多台機器人進行智慧調度和任務優化，確保每台AMR都能在最適的時間和路徑執行任務，最大化整體運輸效率。
- 數據分析和優化：派車系統蒐集大量運作數據，透過數據分析與智慧演算，不斷優化AMR的運作策略與路徑規劃，提升整體運營效能。
- 多AMR協作技術：不同廠牌的AMR能彼此溝通互相協作，且可以避免碰撞和干擾，同時根據需求，進行智慧調度的最佳化。
現有與未來潛在市場應用需求
目前已見到AMR應用在工廠的情境是：經由攝影機建構廠內地圖、標示人員和障礙物，自動產生行走路徑後，再透過5G低延遲訊號傳送現場即時影像、運動命令到AMR，從工站到工站、機器到機器間運送刀具、零件。亦可見到在電子產品、半導體、印刷電路板的生產線上，利用AMR來執行料件搬運，貨物撿取，入庫出庫輔助。
以現階段的發展來說，導入AMR優化工廠生產效率時，業者希望能同時間管理多台不同廠牌的AMR／AGV；AMR能被快速編輯和排程，縮短建置時間；能有效優化運行效率；無碰撞之高安全性；能整合企業資源規劃／工廠生產管理系統。AMR憑藉著自主導航能力已被應用各產業領域之中；例如製造業的自動化，生產相關的物件、材料、零件等以AMR做靈活的傳遞，AMR於現今或未來潛在的應用需求核心將是：
- 自動化生產趨勢：隨著全球製造業的發展，企業追求生產過程的自動化和智慧化，AMR可以在生產線上靈活自主搬運物料，降低人力投入與人為疏失，提高生產效率，滿足企業對自動化生產的需求。
- 物流業務擴張：電商產業的蓬勃發展和全球物流需求的增加，推動物流業務快速擴張，AMR有望能實現高效、快速的物料運輸，幫助物流業應對貨品運輸需求。
- 勞動力的不足與成本上升：AMR可降低對人力的依賴，特別是工序繁雜、重複性高的工作。
- 安全和精確性需求：在製造業和物流業中，對運輸作業的安全性和精確性要求愈來愈高，AMR配備視覺辨識技術和自主導航系統，能夠精確識別貨物、避開障礙物，提高搬運操作的安全和準確。
除了製造業外，醫療產業使用AMR快速分類藥品進行管理及專業醫材的取放；半導體製程活用AMR來回輸送晶圓料件；金屬加工業使用AMR於倉儲的出入庫輔助；服務業則是聚焦於讓消費者有最佳化的體驗，如圖2。
圖2 AMR憑藉著自主導航能力可被應用各產業領域（資料來源：工業技術研究院）
結論
自主移動式機器人看似為製造業施行自動化與智慧化製造的一帖良方，特別是在今日人力資源短缺的情況下，結合機械手臂的AMR，若能像人的手一樣，除了做到精確的物料傳遞之外，若還能做到組裝、加工、切削等工作，更是符合智慧自動化的需求，提昇生產效率。
此外多台AMR協同式作業亦是未來發展方向，此目的主要是要讓不同廠牌、不同型號的AGV、AMR有一個相互溝通協作能力，搭配無線通訊技術，可一起合作完成物料的搬運、存儲和包裹之揀撿、取貨，均不需人為介入操作。
預期會有愈來愈多的業者導入智慧製造，投奔於使用AMR的行列，近年國內AMR的年市場規模約1,800台，雖然說未來它的成長性被看好，但仍有成本、技術等許多議題待解決，也需要其他領域技術同等與時俱進，例如5G通訊技術，讓AMR彼此在雲端能無延遲的控制；還有高續航力的電池、分散式架構的控制器、應付更複雜計算所需的先進高效處理能力，AMR將是機器人生態系擴張的重要角色。
參考文獻
[1] IFR statistical department,“World Robotics 2022 Industrial Robots,”Oct. 2022.
