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市場前線｜無線射頻感知的發展趨勢與其在智慧製造的應用
作者
張揚政
刊登日期：2025/02/01
摘要
常見環境感知技術包含毫米波雷達、光學雷達與攝影機等，可以提供人員、物體及設備的位置和
動態資訊，協助廠商在轉型智慧製造時優化產線運輸流程。毫米波雷達屬於無線射頻感知，具抗環境干擾的特性，4D毫米波雷達增強感測解析度，能夠應用於自主移動機器人的環境感知。目前次世代通訊系統已開始逐步整合感測功能，毫米波基地台與毫米波雷達可望共用頻譜與硬體，帶來降低成本、節能與淨零減碳的效益，在智慧製造領域中可同時提供通訊功能與環境感知資訊，能夠提升自主移動機器人的導航精度和感測範圍。
Abstract
Common environmental sensing technologies include millimeter-wave radar, LiDAR, and
cameras, which provide information on the location and movement of personnel, objects, and equipment. These technologies assist manufacturers in optimizing production line logistics during the transition to smart manufacturing. Millimeter-wave radar, a type of wireless RF sensing, is resistant to environmental interference. The advanced 4D millimeter-wave radar enhances sensing resolution and is particularly suitable for environmental sensing in autonomous mobile robots. Next-generation communication systems are gradually integrating sensing capabilities, enabling millimeter-wave base stations and radars to share spectrum and hardware. This integration offers benefits such as cost reduction, energy efficiency, and contributions to net-zero carbon goals. In the realm of smart manufacturing, these systems can provide both communication and environmental sensing data, improving the navigation precision and sensing range of autonomous mobile robots.
前言
智慧製造是一種全新的製造理念，其目的在結合先進的IT、OT 與人工智慧技術改善與優化製造流程，以促進生產效率、提高產品品質、彈性調整製造流程。具體而言，智慧製造是在產線機械設備自動化的基礎下，進一步導入工業物聯網，藉由大量部署感測器與通訊系統，蒐集生產流程每個環節的資料以進行數位化，最後結合巨量資料與人工智慧等技術學習與分析產線資料，監控與預測產線運作情況，進而達到自行感知、自動決策與執行等智慧化能力。
自動化、數位化與智慧化是智慧製造的三個關鍵，而數位化則是承先啟後的重要環節，數位化做的好才能夠提供覆蓋面廣且具代表性的資料，智慧化時才能夠做出有用的分析與有力的決策，感測器則是數位化最重要的一環，就像人的五種感官對於人腦而言是接收外界環境的重要器官，有了感測器才能收集生產製造過程中的各種資訊，再結合人工智慧技術進行分析與應用。
在製造生產的過程中需要許多類型的感測器，最常見的是用於量測物理性質，例如：電壓、電流、溫度、濕度、壓力等，通常用於監控機械設備的狀態，而對於工廠環境則需要空間環境感知的技術，用於了解工廠內人、物、機械設備的狀態，包含：位置、物體型態、移動速度與方向等，這些資訊可以提供給自動化機器人作為導航、路徑規劃與動作決策的參考。
環境感知常見技術比較
目前常見的環境感知技術有三類：毫米波雷達、光學雷達與攝影機，這三種技術各有優劣，相關比較請參考表1，以下分別對三種技術進行剖析：
1. 毫米波雷達
毫米波雷達是一種主動型的感測技術，主動型是指感測系統接收自己發出訊號的回波以進行環境的感測，毫米波雷達發射的電磁波波長介於1毫米到10毫米，由於毫米波的物理特性，對於速度的感測較為靈敏，且在惡劣天氣條件下具有較遠的探測距離，早期3D毫米波可以感測速度、距離、與水平角度，在物體細節感知方面相對較弱。而4D毫米波雷達增加了垂直角度的感測，可以分 辨更多物體細節。
2. 光學雷達
光學雷達是也是一種主動型的探測技術，但與毫米波雷達不同，是以雷射光來進行感測，光學雷達利用雷射光束掃描周圍環境，取得高解析度的3D點雲資料，可以提供準確的目標位置和形狀資訊，但在受限於雷射的物理特性，在惡劣天氣下性能受限，傳統的光學雷達以機械結構來改變光束方向，導致雷達結構複雜，成本高昂是其最受詬病的問題，而固態光學雷達以電子控制的方式改變光束方向，相對成本較低。
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2025年02月號
(單篇費用：參考材化所定價)