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特徵點

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Q: 無人搬運車常用的特徵點辨識類型有那些呢?
 

大家有沒有想過,AGV無人搬運車這樣的智能型自動化設備,是如何辨識自己的位置與執行某些非中控指示的即時性指令或動作呢?其實,不管是智能程度多高的無人搬運系統,或多或少都一定會需要不同程度與不同模式的特徵點加以輔佐,才能確保整個系統運作的即時性、精確性與安全性。
 
所謂的「特徵點」,就是做為AGV無人搬運車辨識站點位置、動作指示、指令下達、精度校正或交通管制的參考依據。因此,也常被叫做定位點、ID、命令卡等不同名稱,但其實都是具備特定意義或功能的「特徵」,讓AGV可以依據原先設定的運作邏輯,識別各個特徵點後,進行不一樣的相應動作,像是移動停止、左右轉、加減速、開關音效等等。
 
另外,特徵點也會依據導引方式的不同,選擇的特徵類型也會有所不同:
一、 磁力式特徵點(NS極)
這是歷史最悠久的AGV無人搬運車特徵點運用方式,也是最為穩定的特徵點識別技術,直到現在還有不少生產現場採用這種作法。將磁感器(Hall Sensor)設置於AGV無人搬運車的底盤側邊,讀取面朝下,而作為特徵點的磁片則有區分N極朝上與S極朝上兩種,一樣會貼附於地面AGV導引軌道的側邊,就像是1與0的組合,按AGV前進的方向,依序貼附NSNNS磁片,AGV就會在行進的過程中,依序讀到10110的二進位制組合,而這個組合就會對應到預載在無人搬運車控制器裡面的某個指令或動作,並在執行的同時,透過無線傳輸機制,送回中央控制系統回報位置與狀態。這種特徵點運用法雖然最為穩定,但是缺點就是一組特徵點在設置的時候,所需直線區域較大,且相對反應速度會較慢一些。
 
二、 色差式特徵點
類似磁力式的運用方式,通常搭配的是色帶導引式的AGV無人搬運車,也就是利用光學辨識部件,識別貼附於地面的不同組合方式的色塊,可以是單色的,也可以是彩色的(像是RGB)。一樣的道理,就是不同的色塊組合,會對應到AGV控制器所預載的不同指令與動作,曾經風靡一時,但是後來慢慢地退到教育界或兒童智能玩具,而非應用在工業生產現場。為什麼呢?其根本原因在於導引用的色帶本身在工業現場的地面就比較難以維護,不管是髒汙,或是磨損,都有可能會讓導引機制異常,而使搬運稼動停擺。
 
三、 RFID特徵點
無線射頻辨識(Radio Frequency Identification, RFID),屬於無線通訊技術的一種。簡單的說,就是利用特定線圈與IC晶片的組合,藉由電生磁、磁生電的原理,發射出去的電磁波,在切割到特定線圈所產生的瞬間電流,對特定的目標進行讀或寫的作業。按其對應頻率高低的不同,有區分低頻(LF)、高頻(HF)與超高頻(UHF)三大類,像是悠遊卡,也是一種高頻RFID的應用。其重點在於ID(Identification),透過網際網路與數據庫結合應用,不僅僅是在AGV無人搬運車系統,在我們的日常生活中也被運用的非常廣泛。元創智動MP100無人搬運車,就是採用LF的RFID Tag作為特徵點辨識法,將Tag設置於地面,讓AGV經過時讀取,從而作為指令或動作的依據。不過,RFID Tag的封裝技術與設置工法,將決定Tag在地面的妥善率,因為畢竟是線圈與晶片的組合,如果使用上不斷到重擊或是重壓,還是免不了會有損壞的可能。但由於其便利性、穩定性與快速讀取等特性,算是目前被有軌導引方式的AGV無人搬運車系統最為廣泛運用的特徵點類型。
 
四、 QR特徵點
採用QR code作為特徵點的AGV無人搬運車系統,通常也是以QR Code作為主要導航手段。也有可能是採用視覺辨識方式的輔助特徵點運用方式。在之前的文章有介紹過QR code導引式AGV無人搬運車的適用場域與優缺點,這邊就不予贅述。不過若QR是設置於地面的,那讀取器通常會採用專門的高精度QR code快速讀取頭。但若QR是設置在天花板或是牆面的話,那通常就是用視覺鏡頭輔助讀取,組合應用的模式會稍微有所不同。但相同的是,每個QR code讀取出來的代字或代碼,對於AGV本身與系統而言,都會有相對應的意義與功能,所以這些QR都必須由系統自行產生,而且貼附的方向與精度都有相當高的要求。這也是為甚麼這種導引方式的AGV無人搬運車,比較適合運用在無人工廠或無人物流倉儲,才不會有QR code的維護問題。
 
五、 專用反光片特徵點
這種特徵點的運用,就一定是搭配雷射導引式或光達LiDAR導引式的無人搬運車系統。因為這類型的AGV無人搬運車,本身就是用反定位的方式,來計算自己在作業場域中的相對位置。但是,即便AGV已經學習並記憶現場的地圖,其精準度還是會因現場配置的微調整(像是桌子從左邊搬到右邊,或是多一張椅子、少一張椅子)與強光照射等等的外部影響而導致產生定位偏差。因此,環境中最好要多設置一些專用的反光鏡(或是反光片),當雷射光束打到這些專用反光鏡時,會有較強的反射光束被接收到,導引系統就藉此作為一個有別於一般環境物件反射強度的特徵點,當然這些專用反光片必須是設置在環境中的固定位置的,像是牆面或柱子等等,這樣才能確保無人搬運車每次藉由這些特徵點做定位校正或是站點功能設定時,不會再次產生而外的偏差。
 
六、 視覺特徵辨識方式
為什麼這個是說「視覺特徵辨識」,而不是說某種特徵點呢?那是因為應用視覺鏡頭作為特徵辨識手段的時候,特徵點可以非常多元,像是前述的QR Code也可以做為視覺辨識的特徵點之一。甚至是簡單的幾何圖形(三角形、圓形、方型)或不同顏色的組合圖,只要是有別於現場環境的可辨識特徵,就能夠作為視覺鏡頭的特徵點。通常會搭載視覺鏡頭的AGV無人搬運車,都會是比較高階的控制系統,導引方式也多半是採用成本較高的雷射導引、LiDAR導引或視覺導引等技術。若還有搭載AI人工智慧engine與專用鏡頭模組,還可以直接辨識人員的特定手勢與姿態,來直接與作業員互動或跟隨的功能。
 
總而言之,其實特徵點就是AGV無人搬運車與其作業環境的互動依據,對無人搬運系統來說,自然是特徵點越多越好,但是對於使用現場來說,特徵點設置的越多,除了成本越高,或多或少也會影響到現場的環境與限制(譬如反光片必須在固定位置且不能被遮擋到)。所以,老話一句,沒有最好的選擇,而是最適合的選擇。畢竟每個使用現場的特性與需求都不同,如果花了極高的成本導入了看起來最先進的設備,卻造成了現場更多的使用問題與限制,這樣的改善專案就注定是失敗的。因此,在選擇無人搬運的解決方案之前,要先好好研究與評估一下自己現場的數據與需求,才能找到最佳的解決方案喔~
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