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機械工業雜誌

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摘要

工業 4.0 浪潮下,多車自動導引系統 (AGV/AMR) 已成為核心自動化技術之一,其整體運作效率與系統穩定性高度依賴底層「路網 (Roadmap)」的建構品質。傳統仰賴人工繪製與靜態規則設定的路網生成方式,已難以滿足多機協同與高度變動場域中的彈性需求。本文旨在系統性回顧並分析現行智慧路網生成技術的發展脈絡,涵蓋從人工建構至各類演算法自動生成的技術演進,重點探討初始路網建構、結構最佳化策略、模擬驗證技術,以及路網效能評估指標 (KPI) 的分類與應用。最後進一步剖析上述技術在提升生產效率、降低整體運營成本,以及強化產能調度彈性等層面之未來發展趨勢。

Abstract

Under the wave of Industry 4.0, Automated Guided Vehicle/Autonomous Mobile Robot (AGV/AMR) have become a core component of intelligent automation. The overall operational efficiency and system stability of such systems largely depend on the quality of the underlying roadmap construction. Traditional approaches relying on manual drawing and static rules are increasingly inadequate for flexible coordination in dynamic and multi-agent environments. This article presents a systematic review and analysis of the development of smart roadmap generation technologies, covering the evolution from manual construction to algorithm-driven automation. Key topics include methods for initial roadmap construction, strategies for structure optimization, techniques for simulation-based validation, and the classification and application of roadmap performance indicators (KPIs). Finally, the study explores future trends of these technologies in enhancing productivity, reducing operational costs, and improving scheduling flexibility.

前言

過去傳統的路網建圖方式,如人工繪製或預載靜態拓樸圖,雖能應對結構簡單、任務單一的場景,但面對現今多任務、動態避障與高頻率重規劃等需求,這些靜態方法逐漸出現瓶頸。因此,如何透過演算法自動生成具備彈性、效率與適應性的智慧路網,已成為現今研究與應用的核心技術之一。

本文以「智慧路網生成技術」為主題,系統性回顧相關技術發展脈絡,從空間建模到連通圖生成,再到路網優化與模擬驗證,逐一分析當前主流技術之優勢與限制,並統整其於不同應用場景中的實務表現。

背景介紹

路網 (Roadmap) 與路徑(Path)

AGV/AMR 的導航與規劃問題中,「路網」與「路徑」為不同層級但密切相關的核心概念。前者是一種離散化後的通行空間結構,通常以圖論表示節點與邊的連通關係,作為系統中所有任務規劃的基礎框架;而後者則是指基於此結構所生成的具體通行序列,用於實際導航與控制。路網提供所有可能選項的結構空間,而路徑是從中選擇出來的最佳方案之一。路網的存在,使得整體任務規劃不再是對連續空間的即時計算,而是透過一套預先構建之選項空間 (Option Space) 來進行路徑查詢與衝突排除,不僅加速決策效率,也讓系統更易於模組化與擴展。

智慧路網的設計需求

路網的設計不僅影響任務配置的自由度,更決定系統在高負載時的應變餘裕與重規劃 (replanning) 能力。若路網過度冗餘,將導致規劃效率下降;若結構過於簡化,則可能限制可行性與避障能力。因此,如何在空間覆蓋、交通密度與資訊複雜度之間取得平衡,是路網設計的關鍵挑戰。面對多任務、多機協同的現場應用,一套「智慧化」的路網必須同時具備以下三項核心能力:

  1. 動態適應性:能根據任務需求與環境變化,即時調整可用邊數量、通行方向與路段權重,以支援任務重規劃與臨時插單作業。
  2. 協調性:不僅考慮空間中的占據關係,更須納入時間與任務排程的交互影響。

多車調度與重規劃能力:系統需具備處理壅塞、避障、鎖死 (deadlock) 與併發任務再分配的機制,並可進行快速局部重構與可行性檢查。

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