协作型机器人角色更加重要 - 智能机器人市场规模2021年将达336亿美元

协作型机器人角色更加重要

工业制造从80、90年代的自动化，发展到2000年代的智能制造，未来的智能工厂除了更高度的自动化与取代更多复杂的人力制程之外，还希望发展更多协作型机器人，台达电子机器人事业群机器人事业处长彭志诚（图5）说明，包括点胶（Dispensing）、上螺钉（Screwing）、焊接（Soldering）、检验（Inspection）、组装（Assembly）、卡匣自动搬运车（Pick & Place Vehicle， P&P）等，甚至可以弹性更换夹具与工具，生产线因产品、制程需要而可以弹性重组（Reconfigurable），可以处理更多客制化的实时订单。

图5　台达电子机器人事业群机器人事业处长彭志诚说明，机器人生产线因产品、制程需要而可以弹性重组（Reconfigurable），以处理更多客制化的实时订单。

一个机器人系统，彭志诚解释，可以简单分成机械结构（Mechanical structure）、驱动程序、运算与控制单元、传感器、通讯模块几个项目。未来协作型机器人的市场发展趋势为业界瞩目，多家研究单位都看好其发展，Barclays Equity研究指出，2020年该市场规模将挑战30亿美元，2015∼2020年复合成长率97%，是非常高度成长的市场。

工业4.0促成自主机器人发展

智慧机器人的发展要从德国喊出的工业4.0口号来观察，台科大自动化及控制研究所副教授李敏凡（图6）说，该口号的精神在少量多样、周期短，一切商业活动始于卖方，过去传统的生产价值链顺序颠倒，从顾客需求开始驱动研发，再到供应链与生产，完成整个商业活动。因此，生产线必须维持高度弹性，以因应各式各样不同的需求，并实时反应。

图6　台科大自动化及控制研究所副教授李敏凡说，工业4.0的精神在少量多样、周期短，一切商业活动始于卖方，因此，生产线必须维持高度弹性。

自主移动机器人（Autonomous Mobile Robot）有别于非自主性质的机器人，李敏凡指出，非自主性质如遥控是由人类以有线或无线方式控制；自动是执行规画好的任务计算机程序；而自主则是可以在未知环境，处理非预知的工作，并可随时、随机弹性调整工作内容。简单的说，工业4.0就是工业3.0加上人工智能，自主机器人的行为内容包括，避障、目标搜寻、轨迹追踪、保持队形等。

传感器应用质量均升

从关键零组件的角度来看，台科大电子工程系赖文政（图7）博士说，机器人是由许多次系统整合而成的，若进一步将次系统拆解，则可以大致分成显示器、输入设备如键盘/游戏杆、驱动器如马达、通讯设备、感测模块、视觉模块、导航模块等重要单元。这些模块在一个机器人身上可能出现多次，而微控制器（MCU）与传感器，在许多次系统或模块上都会一再出现，是非常重要的关键零组件，而且随功能提升，这些关键零组件的使用量也将更为惊人。

图7　台科大电子工程系赖文政博士解释，机器人是由许多次系统整合而成的，微控制器（MCU）与传感器，在许多次系统或模块上都会一再出现。

尤其是传感器，要让机器人更聪明，需透过这些前端的传感器搜集更多信息，意法半导体（ST）模拟、微机电与感测组件应用经理陈建成（图8）说明，传感器分成动作、环境、声音三类，以当红的Pepper为例，其头部有四个麦克风、两个RGB相机、一个3D传感器、三个触控传感器、胸前有一个陀螺仪、手部有两个触控传感器、腿部有两个声纳传感器、雷射传感器六个、三个保险杆传感器、一个陀螺仪、两个红外线传感器，共九类近30颗传感器。

图8 意法半导体（ST）模拟、微机电与感测组件应用经理陈建成说明，因应传感器融合（Sensor Fusion）的发展趋势，未来单一功能的传感器将会越来越少。

也由于感测的需求越来越高，环境传感器将往新应用领域发展，微机电类型的电子罗盘、加速度计、陀螺仪、麦克风等将持续提升感测精准度，也就是降低噪声干扰，提升感测灵敏度与精度。另外因应传感器融合（Sensor Fusion）的发展趋势，将促成同性质的传感器融合，如加速度计整合陀螺仪成为六轴传感器，加速度计整合电子罗盘与陀螺仪成为九轴传感器。未来单一功能的传感器将会越来越少。

智能机器人测试项目繁复

智慧机器人尤其是陪伴与服务型机器人迟迟未能普及的一个重要原因就是安全性，有些陪伴型机器人动辄几十公斤，加上移动速度，若是在家中发生意外，面对的是小朋友与老人家，恐怕还未达成陪伴的目的就先酿成灾害。另外，在工厂的生产在线，每天与机械为伍的人员，安全风险更是有增无减。

因此机器人产品风险与验证也是一个重要的议题，UL能源暨电力科技部事业发展经理陈立闵（图9）指出，UL 1740标准是美国对于机器人设备的基本安全设计要求，其中的测试要点包括电源输入、最大负载电流、操作温度、过电压与欠电压、漏电流、操作软件、手持部位、导体失效、通风马达死锁、驱动马达死锁、马达煞车、零组件破损、过载、断电与重启、紧急停止装置、紧急停止时间与移动距离测量、断电下的紧急移动、抓取装置、教学模式下的低速运动测量、突电压的防护、绝缘材料耐受电压、电路板耐受电压、弯折、轴向旋转耐受性、提拉与移动、外壳强度等数十个项目。

图9 UL能源暨电力科技部事业发展经理陈立闵指出，机器人的测试验证项目繁复，除整机外，零组件与软件安全都要测试。

而且不是只有整机要测试，陈立闵强调，零组件安全与软件安全都要测试，其他还有很多必要与非必要的安全防护，跟产品的类型与个别特性有关，例如机能安全（Functional Safety）认证，内容提到机器设备的安全可靠性分成五级，耐用次数从一万次到一千万次。智慧机器人的验证内容繁琐，因应产业与时代的发展，当我们与机器人的互动越来越密切，也可能因为发生新的非预期意外，使得安全验证的项目越来越多，因此如欲投入智慧机器人领域，及早了解复杂的安全认证内容并导入非常重要。