工業技術研究院

從產品製造的流程組裝，到日常生活的輔助和服務， 機器人的發展已逐漸深入我們身處的環境與場所之中；尤其在智慧化技術的開發整合下， 機器人更可協助提升工作效率及生活便利，也為我們的未來世界添注更具人性化的應用。

早上出門上班前，只需要開啟掃地機器人，就能自 動完成家中地板的清潔工作，回家後即可有乾淨 的居家環境，在減少家事負擔的同時，也提高了生活品質。靠著創新的機器人技術與開發，不只讓我們的生活更為便利，在產業應用上更是所在多有；像是汽車組裝 作業中，就採用不少機器人來協助生產，也連帶提高了製造效率及品質。

或在許多電影當中，也經常可以見到對於未來機器人的想像，甚至能為人類達成許多不可能的任務。事實上以目前機器人的應用，幾乎是在製造產業中擔任輔助生產的角色，尤其是大量生產的場域；而且除了需要搭配較高的生產技術與人力水準外，生產作業的環境和條件也必須規劃得較為完善，才能有利於機器人發揮應有的功能，相對也就能促進品質的提升。

但以當前產業發展所面臨的狀況，其中之一就是勞動成本不斷上升、缺工問題嚴重，促使企業必須要能提供更好的工作環境，降低作業人員負擔，並且避免危險、髒汙等問題，才能吸引人力投入，此時機器人便能夠用來取代部分工作。　　另一方面，工研院機械與系統研究所副所長陳來勝表示，由於目前產品特性已走向少量、多樣及客製化生產，因此有別於過去只負責單調、重複性高的工作，現在的機器人還得因應生產線的快速變動，於是就需要提高機器人的智慧化程度，讓生產也能更具智慧化、自動化。

智慧型機器人的優勢與需求，可為產業帶來更高的效益；因而我國自 2006 年啟動智慧型機器人產業發展推動計畫，至 2012 年產值已成長至新台幣 540 億元，預估到了 2013 年還將推升至 900 億元，顯見智慧型機器人已成為快速增長的產業。無論是協助產業製造生產的產業型機器人，以及可以提供生活應用服務的服務型機器人，或是各項關鍵零組件與產品的開發，在更多創新技術的支援下，也激發國內有愈來愈多廠商投入或使用智慧型機器人。

視覺技術促進應用

以工研院在 2013 年台北國際機器人展中推出的「3D 視覺導引機器人」與「視覺伺服取放機器人」，主要就是運用視覺影像技術，讓機器人具備辨識物體的能力，進而控制機器人的取放等動作。其中的「3D 視覺導引機器人」，即可經由雷射掃描為物體建模，辨別不同物體的位置、3D 姿態等，並分辨出適合夾取的角度，再控制機器手臂對物體進行取放、上下料；或者也可以採用事先輸入物體建模資料的方式，讓機器人能在視覺偵測後，能立即快速比對、判定物體。

陳來勝指出，以目前的生產工廠中，為了要擺放、輸送零組件等物品，通常是利用整列機與輸送設備來達成，有些整列機甚至還需要由人力來放置物件，才有辦法進行後續加工組裝，不但需要足夠的廠房空間，作業危險性也較高；像是在水五金產業中，取放水龍頭以進行鑽孔、攻牙加工，以往多要靠人工來操作。因此，若能以「3D 視覺導引機器人」來替代，不僅可把所有物體全部裝在一起，只需由機器人來分辨取放即可，同時還能省下許多設備及空間；目前在汽車渦輪研磨、手機殼取放等作業，也已有實際導入應用。

而在「視覺伺服取放機器人」上，主要則是運用電腦中的圖形處理單元（Graphic Processing Unit, GPU），透過快速的圖形辨識及處理，包括形狀、顏色、大小等，並控制機器人將目標物件夾取出來，且精準地放在正確位置上，這比起由人力來取放的速度還要更快。陳來勝解釋，這項技術所採用的，雖只是一般的工業用攝影機，視覺取像速度約為每秒 30 張，但是卻能快速計算出機器人動作的時機和位置，對於需要反覆取放的工作及輕型的生產應用大有幫助。

像是主機板的插件工作，「視覺伺服取放機器人」就可清楚辨識電容等物件的位置及插腳極性，以及公插是否有歪斜的情況等，避免取用不正常的零組件，同時還能快速找到主機板上的正確腳位，一次插件工作僅約2 秒就可以完成，良率更是近乎 100%。因此這項技術也陸續與國內電子產品業者及食品業者合作，使作業人員的眼力與體能負荷能夠減低，改投入價值較高的工作，同時提升產能與良率。

此外，以一片主機板需要插上 20、30 個元件的工作量，在實際生產應用時，就可於同一生產線上設置多台機器人分工作業，加速整體生產流程及效率。陳來勝並提到，在這項機器人的控制系統中，還具有彈性的派工能力，好比當有機器人因故障需要維修時，就可以將這台機器人原本負責的工作，快速分派給其他機器人，讓生產線能夠不停工地維持生產運作，也不會因更換新機器人而需要花時間重新校準調整。

朝擬人化特色發展

智慧化技術使得機器人更具「人」的特色，也是目 前智慧型機器人的研發方向。以傳統的機器人在投入工作前，都必須要先教導、指揮機器人每一個步驟，才有辦法實地執行工作，相當耗費時間；但透過智慧化技術， 包括視覺、觸覺等感測技術，或是力感測、力回饋的動作與機制，加上更快速的資料分析技術等，能讓機器人 更具有學習及擬人化的特性。

陳來勝舉例，過去要使機器人從 A 點前進到 B 點時，得要先設定好路徑上的定位點與行進環境，機器人才能依照指示路線動作；但現在藉由視覺感測技術，機器人就可以自行確認當前的空間位置並規劃路徑，不需要一步步教導，進而縮短機器人導入運用或生產換線的時間。尤其以往使用視覺感測器，最大的困擾就是運算量大、速度慢，趕不上生產速度；但現在透過技術研發克服問題後，像是在 3C 等需要處理輕小零件的產業或工作就相當合適，例如插件、鎖螺絲、取放等。甚至目前工研院的研發目標，就是「手眼力協調機器人」，特別是加上力回饋的技術後，更可提高應用層面。例如進行汽車組裝工作時，就可藉由更省力的機構來輔助，作業人員只需將擋風玻璃引導至需要裝設的位置即可，無需靠人力搬上搬下，可省下力氣且更安全；同時還可結合力控制技術，設定物體的限制空間，也就是當物體到達非允許的空間時，機器就會自動停下來。

未來力回饋技術則可應用於去毛邊、拋光等製程中，利用機器來操作，可以更精準地控制力道與品質。或像是在插件工作中，還可以藉此模仿人的動作，當插入角度或位置不太正確時，能夠稍加轉動後將物件確實塞入，同時也可讓夾治具、工件、定位等設計與控制的精度不需太高，這也是傳統機器人所做不到的。另外，包括高速化、輕量化，或是可以有多台機器人協調運作，以及人與機器人共同工作等技術，也都是未來產業型機器人的發展方向。

陳來勝表示，雖然產業型機器人的變化不多，但由於是應用在各種生產製造上，能夠影響或創造的產值通 常也較大；服務型機器人則是具有較多的功能與種類， 即使目前還沒有太多產品出現，未來若能更貼近生活需求、成本更可負擔，就有機會擴大應用。同時在技術核心上，二者其實也很相近，只是因應需求及使用場域的不同，而會有不一樣的研發與設計方向。

「運載機器人」就是個明顯例子，因為運載重物的需求在工廠裡到處可見，但以人力來負擔時，卻無法創造太大的生產力；若能透過機器人來搬運，不僅更安全、也更有效率。因而工研院研發團隊在過去二年持續投入運載機器人的研發，並曾推出適合工廠應用，且體積較大、載重較高的運載機器人；今年度則再將這項技術小型化，推出更符合醫療院所環境使用的「醫護運載機器人」，協助醫護人員運搬各種物品。

開發服務型機器人

和先前開發的運載機器人最大不同之處，在於「醫護運載機器人」增加了由視覺與雷射整合的感測器，透過這項新開發的技術，可讓機器人判斷前方空間的變化，好比遇到障礙物時，就能停止前進、避免碰撞，更適合比工廠環境複雜的醫療院所；或可將院區地圖內建於機器人中，並規劃好路徑，就可以免除磁軌的設置，只需藉由感測器來判斷環境、找出路徑。

同時因為「醫護運載機器人」採用了視覺與雷射整合的感測器，如要更改設定路徑也較為容易，不需要重新鋪設磁條；目前運載機器人也已和醫材、汽車、物料搬運設備等業者合作。未來更希望能夠開發出可繞過障礙物、重新規劃路徑的技術，或是讓機器人先走一遍，記下所有環境特徵與配置，以便於路徑更改時的計算。

相對於其他機器人技術，陳來勝表示，雖然運載機器人的技術相對成熟，但過去國內多是引進國外的設備或關鍵模組，除了價格較高，更無法依照需求調整或修改。因此工研院將其中最關鍵的感測器與控制器，透過自行研發並搭配國產馬達和驅動器，使得整台運載機器人成為全國產自製化，當然在降低導入成本的同時，也可讓廠商視載重、精度等需求來調整產品。

近來另一項引起話題的服務機器人，就是由工研院研發推出的「行動輔助機器人」。在「激立」這部微電影中，展示了「行動輔助機器人」協助脊髓損傷的身障朋友重新站起來，辛苦且不斷嘗試的過程，以及可以實 現再次站立的期望，讓許多人都感動不已；因為投入研發工作、趕進度，或是被家人抱怨經常看不到人等等，也是這群研發人員的實際經歷。

提到研發「行動輔助機器人」的緣起，則是在建國百年時的「見證百年騎跡」系列活動中，就有一項身障朋友挑戰自行車環島的行程，使用的是由自行車研發中心所開發、結合工研院 STOBA 鋰電池的身障自行車，當時也提到是否可能由國內研發讓身障朋友站起來的設備，並能創造許多正面效益。於是就在經濟部技術處的支援下，由工研院組成團隊，投入「行動輔助機器人」的研發。

讓脊損傷友重新站立

陳來勝指出，原先研發計畫所設定的目標較大，是希望能讓所有下肢有障礙的朋友都可以站立起來；但後來發現若要因應不同的需求與身體狀況，會造成技術變化彈性太大，因此決定先以脊髓損傷、下肢完全沒有知覺的身障朋友為主。但即便如此，研發團隊在研發過程中仍遭遇不小困難，特別是對一般人來說，起身站立或走路是再自然不過的事，很難體會下肢全無知覺的真實感覺與能夠站起來的意義，尤其更要運用技術的整合及設計，協助傷友們能夠站立、行走。

而且即使同樣是脊髓損傷，也有傷害程度的不同。在與台大醫院及二位傷友的合作協助下，研發團隊藉由參與傷友的復健過程，並配合不同傷友的需求及回饋，反覆地調整、修改，包括機構的設計、控制等。像是在剛開始研發時，由於不曉得走路時髖關節的重要性，就會容易發生跌跤的情況，或是以機器帶動的步態該如何設計，才能有效幫助傷友行走；最終研發團隊只用了 8個月就開發出「行動輔助機器人」，連協助研發的傷友都沒能想到可以這麼快。

以傳統脊髓損傷的復健方式，需要靠上半身的力氣來支撐全身，並透過身體甩動讓腿部向前移動，是個非常費力的過程。但藉由「行動輔助機器人」，只需要以拐杖輔助撐扶，由機器來帶動行走即可；就有傷友認為，若過去的復健方式需要出 8 分力，有了「行動輔助機器人」則只需 3 分力。更重要的是，運用這種更有效的復健輔助，不僅對傷友的生理健康更有幫助，還能提升心理的自信與健全，也更希望未來能夠真正應用在日常生活當中。

目前全球約有 700 萬名、台灣約有 2.4 萬名脊髓損傷的傷友，平均受傷年齡更只有 27 歲，若能利用「行動輔助機器人」來幫助行走，不只能提升傷友的行動能力，還可促進相關技術與產業的發展；同時以國外類似產品價格動輒數百萬元以上，國內自主研發與製造更可降低傷友負擔。陳來勝還提到，未來「行動輔助機器人」還希望能輕量化，由目前的 23 公斤減少為 20 公斤，讓機器人運動起來更順暢，並使馬達出力更小、延長續航力；走路步態與控制模式也會持續調整因應，以符合各種不同的需要。

陳來勝認為，像「行動輔助機器人」這樣的服務型機器人，在研發過程中和生產應用型的機器人有很大不同，因為無論是使用環境或使用者的狀況，都沒有明確的產品規格或使用規範，因此更需要深入了解使用者的需求。

尤其因應高齡化社會，醫療照護的用途，將會是服務型機器人未來的一大發展方向，並在專業技術擴展與應用下，能夠為人類日常生活提供更便利與多元的服務與幫助。