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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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迎接工業4.0 智動機器人邁大步

撰文/陳玉鳳 攝影/黃鼎翔

德國提出「工業4.0(Industry 4.0)」、美國倡導「AMP(先進製造業夥伴關係,Advanced Manufacturing Partnership)」,這些概念都直指即將風起雲湧的第四次工業革命,且預期將徹底顛覆過往的製造思維。簡而言之,工業4.0的核心精神就是「工業資訊化」,而其中的關鍵要素之一就是智慧機器人。

歐美先進國家重新聚焦於製造業,這對於以製造為產業發展重點的臺灣,絕對是一個值得警惕的訊息。有鑑於此,臺灣也已啟動生產力4.0計畫,主要就是要運用物聯網、智慧機器人及巨量資料分析等科技協助,讓臺灣產業更具國際競爭力。而集結政策、研究單位及民間力量,傾全力投入的智慧機器人,憑藉我國長期在電子電機業、精密機械業、資通訊領域所累積的堅強實力,預期將能在工業4.0 的產業供應鏈中站穩腳步,在智慧機器人的發展上重塑臺灣產業的全球競爭力。

日前在南港世貿展覽館舉辦的「2015臺灣機器人與智慧自動化展」中,工研院在「經濟部智動化法人科專成果館」展示多項產業先進機器人成果,正是臺灣能與全球業者競爭甚至勝出的最佳實證。
 

MIO控制器平臺 機器人再進化

MIO控制器平臺能同步控制機器人的手、眼、力,是機器人得以呈現智慧動作的關鍵所在。
MIO控制器平臺能同步控制機器人的手、眼、力,是機器人得以呈現智慧動作的關鍵所在。

工研院此次所展示的機器人有一共通點,就是他們的聰明大腦都是由工研院研發的工業用機器人控制器平臺MIO(Motion Intelligence Orchestration)擔綱演出。MIO控制器平臺的核心作用,在於它能同步控制機器人的手、眼、力,這些「感官」及力量的控制,是機器人之所以能呈現智慧動作的關鍵。

為突破僅能檢測零組件的平面移動及僅能感知平面、直角等物料參數的盲點,工研院已針對MIO控制器平臺的機器視覺及觸覺感測系統,進一步開發出三維視覺技術 (3D Vision Technology),以及可撓性、高解析度的觸覺感測技術(Tactile Sensing Technology),力求達到更接近人體觸覺與視覺的感應效果。此外,MIO控制器平臺的動態控制與精度持續提升,因此基於MIO控制器平臺所開發出的機器人具備更快、更穩、更準的運動控制性能,運動軌跡也臻最佳化。

目前工研院針對不同需求及考量,提供經濟型、豪華型與網路型等三大MIO控制器平臺系列,這些控制器平臺加上四大擴增模組──加工零件離線編程軟體模組、機器人精度提升軟體模組、視覺型手眼協調軟體模組、安全機器手臂皮膚感測模組等,結合工研院對於產業需求的第一手了解,衍生出形形色色的機器人。這些機器人不僅能增加製造生產線上所需的彈性化功能,且能解決目前許多產業,甚至生活中所面臨的問題,例如勞工短缺、高齡化、少子化等。
 

在地需求 鳳梨酥機器人誕生

工研院研發出會揀選鳳梨酥的機器人,可剔除熱燙、黏稠原料中燒焦的纖維、種子等物質。
工研院研發出會揀選鳳梨酥的機器人,可剔除熱燙、黏稠原料中燒焦的纖維、種子等物質。

全球先進國家都在如火如荼發展機器人產業,然而當技術碰上在地需求時,國外的先進技術並無法直接移植至在地工廠,必須透過對於個別工廠特定需求的深入了解,才能打造出量身訂做的智慧機器人。此次工研院展出會揀選鳳梨酥的機器人,為年產值數十億元的臺灣鳳梨酥產業界解決了一個長久存在的問題。

鳳梨酥的內餡──鳳梨醬在熬煮的過程中,高溫環境及熱燙原料構成不友善的職場條件,而在將鳳梨餡包入餅皮前,首先必須要剔除熱燙、黏稠原料中燒焦的纖維、種子等物質,過去這項工作得依賴人力一個個挑出來,烘焙人員一不小心就會被燙傷,將來若能交給不怕燙、看得準、揀選功能強大的機器人效勞,透過自動化揀選瑕疵物料,生產效率勢必大幅提升。

為解決上述問題,臺灣已有鳳梨酥大廠委託工研院客製化機器人,研發成果就是此次在會場展出的「高精度揀選機器人」。這個機器人充分發揮工研院的視覺感測技術,能夠「看」出產線上的物料瑕疵,再指揮機器手臂將它挑選出來。此機器人最重要的關鍵就是「手眼整合」,也就是機器視覺需與機器手臂整合並連動控制,這是基於工研院的VGR(Vision Guided Robotics)共通平臺,運用精準、快速校正與視覺辨識軟體,能提供自動動態揀選瑕疵功能。

事實上,機器視覺與機器手臂的連動控制,是目前所有機器人相關廠商都在積極研發的技術,工研院在此方面的發展顯然已具世界水準。此項機器人相關技術目前已實際應用在鳳梨酥產線上,未來可望擴大運用到3C產業、金屬加工業上下料、食品業取放、包裝、檢測等服務,提供產業龐大助力。
 

會滑平板 就能操控機器人

此外,直覺式一隻手指就可以操控的機器人,也在展覽會場吸引不少目光,這項研發解決了機器人操控不易的問題,降低使用機器人的技術門檻,讓機器人能夠更廣泛地運用在不同產業。這個機器人的操控概念就是導入平板觸控功能,只要利用手指在平板上進行直覺式操作,就能直接操控機器手臂,例如手指滑向左邊,機器手臂就朝左邊移動,即使是非工程人員也能快速學會如何操控機器人。

工研院指出,傳統產業機器人教導器十分笨重且操作方式不易學習,因此需要額外學習座標系統原理,才能夠操作設備,而工研院研發的「產業機器人智慧教導器」主要訴求是讓一般大眾不需要接受特別的訓練就能上手。使用者導向的人性操控介面,加上產業機器人智慧互動式路徑規畫技術的運用,產業機器人的操作直覺性得以進一步提升,不再讓一般非專業人士視為畏途,這點對於機器人產業市場的擴大具有重要意義。
 

包覆感測器 機器人更安全

安全型觸覺機器人的表面布滿數千顆感測器,一經觸碰就會做出相對應的動作,讓人機操作安全沒有任何漏洞。
安全型觸覺機器人的表面布滿數千顆感測器,一經觸碰就會做出相對應的動作,讓人機操作安全沒有任何漏洞。

另外,由於德國福斯Volkswagen承包商工廠於日前發生因機器人操作失當,導致員工意外死亡,因此在此次展覽中,人機互動的安全技術便成為重要議題之一,工研院針對人機協作生產所提供的最佳解決方案──「安全型觸覺機器人」便吸引諸多目光。「安全型觸覺機器人」的最大特色就是整機包覆碰觸感測元件,讓人機操作安全沒有任何漏洞。

為了要達到防護無死角,此次展出的安全型觸覺機器人的表面平均每一平方公分就有一顆感測器,總計共附有3,000顆感測器。在實際展示中,示範人員的手指僅是輕碰一個角落,機器人就會有所感應並立刻做出相應動作。

此安全感測技術的特性包括碰觸即停、警戒區域機器人動作調控等,而核心關鍵技術則是工研院利用先進功能性材料製作之「高密度碰觸感測模組」,可撓曲包覆機身形成完整防護系統,且感測器覆蓋的每個區塊都可分別編程,在不同的區塊內,當感測器感應到不同的觸覺力道,機器人就會產生不同反應,例如碰觸到A區塊,機器人動作會減速,而在B區塊用力按壓,機器人就會立即停止運作,不用將機器人關在圍籬內,操作人員的安全也能獲得高度保障。

工研院在安全型觸覺感測技術的突破,不但可媲美日本及德國機器人大廠的安全型機器人,更進一步在感測原理、感測密度以及觸控教導介面、感測元件不受電磁干擾等面向大幅領先國際。值得一提的是,工研院開發的套件模組可以完全適用於國內產業機器人,只要幫機器人套上工研院的觸覺模組「皮膚」,就可將現有機器人直接升級為安全型觸覺機器人,所需安裝成本極低。此套件模組預計在明年第一季可開始量產,服務產業預計能遍及3C產品組裝產線、食品包裝業取放及工廠協作機器人等。
 

行動輔助機器人 脊損傷友站起來

除了產業用機器人外,展覽現場更邀請到脊損傷友親自示範工研院行動輔助機器人,述說機器人技術的進展如何改善身障者的生活品質。由工研院開發的行動輔具,是一具輔助下肢移動的穿戴式機器人,也被稱為外骨骼機器人,目的在於減少使用者坐、站間的轉換和行走的時間與施力程度,並促進下肢運動及承重,讓使用者得以提升自主行動力,進而能夠擴展日常生活圈與社會參與。

因為相關技術加入使用者個人化參數輸入,所以能客製化行走步態,而且藉由人機運動分析開發演算法,能取得更接近健康人行走的最佳化步態參數,這些進展有助於進一步提升身障者的生活品質。
 

提升機器人自製率 創造新藍海

此次工研院所展出的智動化機器人研發成果,包含產業機器人關鍵零組件的研發,例如機器人控制器、視覺及觸覺、減速機、無人搬運車等關鍵模組技術等,預期將能有效提高國產機器人的自製率,讓臺灣在機器人產業供應鏈中占有重要地位。

此外,深入觀察工研院機器人的發展方向,可以發現高度符合臺灣產業升級需求,徹底解決了國外相關機器人技術欠缺相容性與高彈性,與臺灣自動化業界整合不易的問題,這對於臺灣製造業邁向工業4.0具有重要意義。在產官學界共同打造的機器人技術發展基礎上,臺灣將在全球製造業競技場保持領先態勢,在工業4.0的舞臺上繼續發光。



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