自動搬運車技術發展與應用實例

摘要：本文針對台灣目前自主研發之自動搬運車，依磁軌式與無軌式導引方式，進行概略技術說明與成果介紹。此外，亦將近年國際上無軌式自動搬運車之產品，如Adept、KUKA、Kiva System等進行介紹。

Abstract: This article briefs the ITRI Automated Guided Vehicle (AGV) system with all components designed in Taiwan. The overall techniques and practical applications for both railed and un-railed guiding methods were described. The recent international benchmark of un-railed AGV such as Adept, KUKA, and Kiva System was also introduced.

關鍵詞：自動搬運車、產品發展、導引系統

Keywords：Automated Guided Vehicle, AGV, Product Development, Navigation System

前言
近年來受到少子化影響致使缺工效應顯著，並衍生出生產成本升高，兼具品質穩定且高生產效率之自動化設備需求快速提升，企業亦因此體認到唯有發展自動化生產，才能不被流動的勞力變化所牽制。在自動化生產系統中，物料搬運自動化為最基本之需求，過去二、三十年間自動搬運車（或稱無人搬運車，automated guided vehicle, AGV）已普遍運用於汽車、半導體、3C電子、鋼鐵、食品加工、醫務與自動倉儲系統等各相關產業。自動搬運車屬生產自動化物流設備中之關鍵產品，為70年代隨汽車產業發展生產自動化下之產物，其產品應用已有40年為發展成熟之產業。而由於自動搬運車強調其體積輕巧，可適用於狹小走道中運行以及結合台車運作，因此在設備價格合理的狀態下，近年來越來越容易吸引企業導入此運載系統。依據全球工業分析（Global Industry Analysts, GIA）研究報告顯示，全球物料搬運系統市場於2015年規模達980億美元，主要成長動能來自生產單位導入自動化以及發展中國家的需求提升，主要面向以汽車、電子製造業為主，因此自動運載系統的相關技術與產品也就再次受到產業界的關注。

常見的自動搬運車導引系統可依地面有無軌道分為有軌式和無軌式二種，有軌式泛指在自動搬運車行走路徑上具有實體可見之軌道的作法，例如在地面上黏貼磁條或色帶做為導引路徑，而自動搬運車上則需搭配有對應的感測元件，前者需具備磁感測模組來偵測磁條訊號，後者則需要攝影機來識別軌道與路面之顏色差異。相對於地面隨時有路徑指示之有軌式導引，無軌式導引之技術通常相對複雜，通常是利用環境中的定位技術（localization）來實現導引的功能，例如設置三個雷射反光標籤來做三角定位法（triangulation location），或於地底埋設磁柱並依靠通過磁柱的數量來估測位置，又或者將二維條碼（例如：QR code）標籤貼附於地面當作地標（landmark）之方式來達到定位之目的。

國內AGV發展概況
相較於歐、美、日等國家，由於早期人力成本相對低廉，在自動化設備普遍價格高的情況下，中小企業使用自動化設備之意願較低，致使台灣較晚開始發展自動搬運車之技術；而大型企業所使用之自動搬運車則幾乎都是從國外引進，有著技術應用受限、無法客製需求、高成本等之限制。所幸近年來政府非常重視自動化之發展，因此由工業技術研究院（工研院）開始發展全國產自主自動搬運車技術。

2.1 磁軌式導引
磁條搭配磁感測模組的有軌式導引技術已行之有年，其優點在於造價便宜、系統穩定、精準度高、人員可輕易判斷自動搬運車行進軌跡等，廣泛應用於許多製造業廠房，對於工業界來說接受度很高。圖1為工研院所發展出之磁感測模組與磁導引式自動搬運車。圖1（a）中之磁感測模組包含了一組微控器（microcontroller）與磁力感測器陣列（magnetic sensor array），每一個磁力感測器可以偵測到磁力的能量，其前級設置數位處理電路將訊號轉換為一組二進位數值；微控器則負責一直不停地判斷磁力感測器對磁條位置的偵測結果並透過RS-232通訊協定將資料傳給自動搬運車的中央運算單元，然後中央運算單元再根據收到的資料分別對左右馬達下控制命令來做到即時循軌控制。由於磁軌導引系統的軌道佈置容易，只需要將磁條貼於地面（如圖1（b）所示），讓自動搬運車驅動輪正下方之磁感測模組可以偵測到地面磁條的磁力強度與位置，並以此資訊做為達到依循磁軌運行功能之目的。