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 無人搬運車(自走車)AGV的安全機制與避障方式有那些呢?

AGV(Automated Guided Vehicle)，就英文字面上直譯的話，就是「自動導引載具」，但是一般較為普遍的中文名稱則是無人搬運車(或稱自走車)。顧名思義，就是「不需要人員駕駛或操縱，就可以自動執行搬運任務的移動式載具」，而大部分這類載具都是以輪型車輛為主，因此「無人搬運車」(或稱自走車)，則成為此類自動化物流設備的主流統稱。

在工業4.0的浪潮中，有越來越多人在描繪「無人工廠」的形象與藍圖，也有許多人在描述AGV無人搬運車在無人工廠中所扮演的角色與作業模式，但到目前為止，「無人工廠」僅止於理想，而未能被真正的實現。又或者僅是用於參觀的示範廠域或示範車間，而不是真正的生產廠房。其原因在於整個產線的生產工序中，仍然有諸多不可取代的人員作業。曾經有個知名企業，試圖要利用大量機械手臂來取代人工生產模式，但執行到後來發現，導入大量Robot所產生的維護成本與要請的相關工程師薪資，還有當要換線或是異常排除時所造成的時間成本浪費，其生產效益比原本的人工生產還差時，就直接終止了這項「無人工廠」計畫。

因此，既然AGV無人搬運車是屬於無人化自主移動載具，且又會與眾多作業人員在廠內(碼頭→倉庫→線上→倉庫→碼頭)，或大部份產線間與工作站間穿梭，AGV安全機制與障礙偵知功能，就必須妥慎的加以研究探討。而隨著AGV無人搬運車的設計載重噸數越大，潛在危安風險就越高，其安全機制所要求的等級，也會跟著不斷攀升。當然，隨著安全機制等級越高，其建置成本也會跟著水漲船高，有此可見，大型AGV無人搬運車之所以售價高昂，並不只是因為體積大且車身重而已，這些安全等級方面的造價成本也是必須考量進去的。有些不甚了解這個細節的社會大眾，還會誤以為說：「啊這種無人車，不就跟家裡的掃地機器人一樣，只是馬達比較大一點而已嗎?」請各位試想一下，在家裡給掃地機器人撞一下，與在工廠被一噸級的無人車撞一下，這兩個結果會一樣嗎？

AGV無人搬運車(自走車)的安全機制設計，一般可以區分障礙偵測與控制停止兩個層面探討：

一、 障礙偵測方面：
1. 視覺辨識(visual recognition)
也就是機器視覺，大致區分內建型與網路型，所謂「內建型」就是給予視覺模組大量學習數據，藉以辨識可通行或前有障礙的區別，再選擇原地停等或是繞開障礙等方式避障，但是由於其學習數據庫有限，AI識別引擎性能較網路型差。而「網路型」則是透過internet連線到Google或Amazon等大數據型AI引擎，透過即時辨識與特徵判斷計算，作為後續行動決策的依據，不過除了企業資安考量，網路通訊的穩定性也會有一定程度的影響。然而，不管是哪種形式的視覺辨識，都會有兩個缺點，一個是需要具備高速運算性能的控制器，所以造價一定高。另一個則是對使用場域光照度的要求程度，也就是現場一定要夠明亮，否則會無法識別。所以目前市面上並沒有完全仰賴視覺辨識作為唯一障礙偵測手段的AGV無人搬運車。

2. 雷射(Laser Scanner)與光達(LiDAR)
雷射(大陸稱為激光)掃描器(Laser Scanner)，或是光達(LiDAR, Light Detection And Ranging, 光學雷達)，基本上都是運用雷射脈衝光束發射後，打到物體反射表面再回到感知器本體之間所產生的飛行時間差(TOF, Time of Flight)，以光速計算距離產生的”連續點”，來達到對環境測算的偵知手段。主要區別在於雷射掃描儀(Laser Scanner)主要是二維平面的，有180˚、270˚兩種掃描涵蓋水平角、而所謂360˚的無死角掃描應用，則是必須在前後各安裝1組相互交疊，才有辦法達成。光達(LiDAR)則是三維空間的感知，運用高速的雷射光束掃描與極強的演算性能，形成”點雲”，藉此模擬出前方3D影像，以作為AGV無人搬運車遇到障礙之對應決策參考依據。這個也是相當先進的應用技術，但是除了軟、硬體建置成本極高之外，在障礙偵測上的缺點主要有二，一個是遇到透明的物件，像是玻璃門、牆或壓克力箱，就會”看不見”而撞上去。二是在有太陽光或其他強光照入的場域，會影響感測效果，產生誤判的機率。(講到這裡，有些讀者就會想到：”這樣的話，就把視覺辨識跟光學雷達都裝到AGV無人搬運車上面，不就剛好互補解決了嗎？” 但是，有沒有想過，這樣疊加起來的建置成本，有多少企業用得起呢…？)
 

3. 紅外線(IR)
紅外線(Infra-Red, IR)的障礙偵測運用，算是在光學應用技術上，比較有歷史，相對成熟且算是中價位的障礙偵測儀器。組合運用紅外線發射器與接收器，透過反射遮蔽原理的應用，並藉由電位器的調整，來決定紅外線的探測距離。較高階的IR Scanner，則可以做到有限範圍內的2D平面的偵測效果，甚至可以調整不同場型的前方偵測範圍。在AGV無人搬運車的障礙偵測技術上，有相當長的應用歷史，且相對穩定許多。但是紅外線唯一的天敵就是深色表面，甚至是黑色表面的物體，由於黑色表面對於紅外線來說，會有”吸光”的效果，也就是打到黑色或深色表面的紅外線，能夠反射回到接受器的值趨近於零。這個時候，它就會”看不到”前方的障礙物，而發生碰撞。而在生產現場，越來越多的作業人員為了能夠比較耐髒，而選擇穿著黑色褲子的時候，配備IR障礙偵測模組的AGV無人搬運車，就有可能會”看不到”他(她)們，這似乎也是有點危險…

4. 超音波(Ultra-Sonic)
超音波(大陸稱超聲波)，簡單的說，就是利用人類耳朵所聽不到的連續超高頻聲波(一般而言是40 kHz)，來偵知測算感知器與物體間的距離。可以說是在AGV無人搬運車的障礙偵測技術上，最被廣泛應用的障礙偵測方式。其組成也不算複雜，主要也是有超音波發射器、接收器與控制電路所組成，並透過超音波打到物體表面再回波到接收器的時間差，以音速340m/s來計算感知模組與前方物體間的距離。在這個應用上，不需要去調整任何旋鈕或是電阻，可以直接在AGV無人搬運車的控制參數上，決定要對指定的測得距離，作相對應的AGV動作調整即可，所以是既簡單，又兼具應用變化彈性的障礙偵測模式。不過，每一種障礙偵測都是有天敵的，超音波模組也是一樣，如果遇到海綿或是絨毛類的吸波材質，回波就會減少，距離探測數據可能會因此失真，進而影響障礙偵測的效果。

二、 控制停止方面：
1. EMO緊急停止按鈕
緊急停止(Emergency Off, EMO)按鈕，簡稱急停鈕，其實不只是在AGV無人搬運車上會用到，基本上只要是會動的電動設備，不管是移動式的，或是原地運轉的，基於安全上的考量，都一定會設置EMO。通常有兩種或是雙軌併存的做法，也就是按下時，直接中斷主要電力來源，藉此達到立即停止運轉的目的，不過這種做法會有隱憂。另一種就是藉由訊號的控制，通常EMO按鈕都會設有NO常開與NC常閉兩種迴路開關，藉此讓控制器獲知目前是緊急停止狀態，故在保持控制電路持續運作的狀態下，停止或鎖定正在運行的設備，或正在行走的AGV無人搬運車。

2. 防撞膠條
也可稱為防壓膠條，也是在很多移動類或是閘門類的設備上會應用到。其運作原理也實非常簡單，就是在膠條的內外兩側，都有設置導電材質，當膠條因觸壓而產生局部變形，就會讓兩側的銅膜或導電材質接觸而形成閉路。此時，控制器就會獲知防撞條被觸發了，也就是AGV無人搬運車有碰撞到物件，就會藉由控制的方式直接將馬達鎖定，不再繼續前進或運動。這個通常也是AGV無人搬運車的最後防線，如果看到沒有這類安全機制的AGV無人搬運車，誠心的建議您，最好是不要採用!

3. 偏離軌道
不論是有軌式的、無軌式的，或是QR code式導引的AGV無人搬運車，都有其合理的行駛範圍，如果AGV偏離了該合理範圍，就是所謂的「偏離軌道」。通常這個時候，AGV的控制系統就要能夠偵知，並且立即停止與發出警告，讓人員確認造成AGV偏離軌道或行駛範圍的原因，並予以排除後，再讓AGV無人搬運車繼續運行。有些人會問：為什麼一定要讓人員去做排除呢？那是因為正常狀況下，AGV不會自己偏離軌道或行駛範圍，通常是有不可抗的外力因素所造成。此時，如果你硬要AGV系統自己”突破”目前的”困境”，那就極有可能會造成更為嚴重的傷害或損失。所以，千萬不要跟系統廠商提出這種會有風險的功能要求喔~

4. 馬達控制
其實不管是什麼方式的障礙偵測或控制停止，講到最底層，就是對AGV動力馬達(Motor，大陸稱電機)的運動控制。聽起來好像很簡單，但卻區分很多種方式，從「停」跟「走」來看，就區分急停、急走、緩加速、緩減速或差速控制等等。而停止方式還包括控制停止、機械停止(如電磁剎車馬達)與直接斷電等，各有各的優缺點。試想，既然AGV無人搬運車是用來協助搬運物件的，就會有一定程度的鈍重性，其形成的總體慣性通常不小，如果用急煞急走的方式行駛，就會加劇了運送行程中的不穩定性，所以這是最不好的馬達控制方式。其次，對於AGV無人搬運車而言，最好的停止方式就是「控制停止」也就是給予馬達一個穩定的控制電壓，讓馬達處於一個不進也不退的停止狀態，一直到有要控制啟動為止。為什麼這麼說呢？因為若是直接斷電，馬達會直接放空，如果是正在前進，直接斷電的結果就是會持續滑行，直到慣性停止，甚至是剛好在斜坡上，對於載重的AGV無人搬運車來說，這樣是十分危險的。而採用機械式停止的電磁剎車馬達，雖然可以確保斷電時，釋放煞車機構鎖死馬達，但是相對AGV無人搬運車是要在地面上移動的，如果因為沒電就無法推動AGV，那真的斷電的時候，你又該怎麼把它搬離道路回去充電呢？

綜上所述，我們可以了解到，最先進的技術不見得最好，最陽春的技術也不見得最差，所以通常AGV無人搬運車上，都會同時配置兩種以上的障礙偵測或控制停止的手段。因為，每種障礙偵測技術都有其感測特性與天敵，使用者應該要充分考量運用場域的現場特性與條件、生產程序與物流批量需求，以及建置AGV無人搬運車系統的預算等諸多因素，來權衡並採用適合自己企業現場使用的AGV種類，才是最經濟又正確的思考方向喔~

台灣製造AMR/AGV無人搬運車系統

無人搬運車(AGV)/搬運機器人(AMR)為可依預定路徑或程式行進的無人載具，又稱為自動導引車、自主移動機器人、自動搬運車、搬運機器人或自走車。導入無人搬運車系統(AGV)已成為企業轉型智慧製造不可或缺的自動化設備，真正的應用核心在於物流規劃、控制邏輯、生產模式等，透過導入無人搬運車(AGV)或搬運機器人(AMR)，可以重新再造生產流程及物流規劃，讓無人搬運車(AGV)或搬運機器人(AMR)及人員共同作業，以提升生產作業效率，大幅減少工廠對於勞動力的需求，及早轉型因應未來智能製造少量多樣化的訂單模式，提升企業競爭力。