未來(lái)機(jī)器手臂：輕薄短小、智能高效

數(shù)據(jù)顯示，2025年全球機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將成長(zhǎng)2.5倍，達(dá)267億美元規(guī)模。今年8月舉辦的「2022臺(tái)灣機(jī)器人與智慧自動(dòng)化展（TAIROS）」中，經(jīng)濟(jì)部技術(shù)處展出12項(xiàng)最新智慧機(jī)器人科技，包含可同時(shí)控制3個(gè)機(jī)器人協(xié)作的全球最多軸機(jī)器人控制器，透過(guò)單一系統(tǒng)整合多手臂應(yīng)用，可提升50%以上的產(chǎn)能。受疫情影響，自動(dòng)化、高彈性的制造業(yè)需求快速成長(zhǎng)，歐美日等國(guó)已啟動(dòng)新一代工業(yè)革命，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人推動(dòng)智能制造，未來(lái)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)布局將朝多機(jī)化、智慧化與系統(tǒng)化等方向發(fā)展。

機(jī)器手臂的創(chuàng)新應(yīng)用
回顧疫情壟罩的三年，制造業(yè)積極導(dǎo)入自動(dòng)化生產(chǎn)或努力轉(zhuǎn)型走向智能制造，生產(chǎn)線或工作場(chǎng)域中出現(xiàn)愈來(lái)愈多機(jī)器人、機(jī)器手臂應(yīng)用場(chǎng)景，取代人類操作儀器設(shè)備或其他人力作業(yè)。隨著AI快速導(dǎo)入機(jī)器手臂，傳統(tǒng)機(jī)器手臂開(kāi)始擁有自主學(xué)習(xí)能力，生產(chǎn)效率大為提升。

AI機(jī)器人不僅可以控制機(jī)器手臂的速度、力道與精準(zhǔn)度，還能透過(guò)感測(cè)、數(shù)字孿生等高階技術(shù)與各種數(shù)據(jù)鏈接，降低錯(cuò)誤率。機(jī)器手臂不僅能運(yùn)用于制造業(yè)生產(chǎn)線及倉(cāng)儲(chǔ)物流，智慧醫(yī)療、智慧生活等場(chǎng)域中也能看到各種機(jī)器手臂協(xié)作案例。

如Skyline Robotics開(kāi)發(fā)Ozmo系統(tǒng)執(zhí)行自動(dòng)化清洗外墻任務(wù)。Ozmo集結(jié)AI、機(jī)器學(xué)習(xí)、KUKA的KR AGILUS小型機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助圖像處理系統(tǒng)等優(yōu)勢(shì)，只需1名工作人員控制作業(yè)平臺(tái)、電源、水源供給與起重機(jī)，由機(jī)器手臂負(fù)責(zé)清洗玻璃外墻即可。過(guò)去需要花3-4個(gè)月時(shí)間，動(dòng)用3-4名工作人員執(zhí)行的清潔工作不到50%的時(shí)間內(nèi)就可以完成，省時(shí)，而且安全。



 
圖1 : KUKA的KR AGILUS小型機(jī)器人執(zhí)行自動(dòng)化清洗外墻任務(wù)??。(Source：Skyline Robotics)

智慧醫(yī)療方面，臺(tái)大癌醫(yī)中心及新竹臺(tái)大分院設(shè)有「機(jī)器手臂微創(chuàng)手術(shù)」系統(tǒng)，迄今已完成超過(guò)5,000例機(jī)器手臂輔助手術(shù)。相較于傳統(tǒng)手術(shù)，外科醫(yī)師可以透過(guò)3D立體高分辨率視覺(jué)影像、仿人類手腕關(guān)節(jié)的手術(shù)器械搭配精準(zhǔn)的操作系統(tǒng)，大幅提高手術(shù)質(zhì)量。機(jī)器手臂協(xié)助下，可以減少手術(shù)失血量、降低術(shù)后并發(fā)癥，大幅縮短患者住院時(shí)間，而且預(yù)后效果更好。

AI讓機(jī)器手臂朝智慧化、輕量化、小型化方向發(fā)展，協(xié)作型機(jī)器手臂甚至可以包攬日常庶務(wù)，如采摘水果、泡茶、逗弄寵物，還有協(xié)助折迭衣物的機(jī)器人，如伯克利人工智能（BAIR）實(shí)驗(yàn)室調(diào)教原型機(jī)器人BRETT，利用兩只機(jī)器手臂與紅外線掃瞄技術(shù)折迭毛巾，幾經(jīng)修正后，現(xiàn)在只要90秒就能完成折迭T恤的工作，折衣機(jī)器人被命名為SpeedFolding。研究員Yahav Avigal指出，SpeedFolding系統(tǒng)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BiManual Manipulation Network學(xué)習(xí)4,300 次撫平和折迭動(dòng)作，每小時(shí)可撫平、折迭30-40件衣物，成功率達(dá)93%，唯一的小缺點(diǎn)是速度仍不夠快、衣物表面仍有小皺褶，還有進(jìn)步空間。


 
圖2 : SpeedFolding折衣機(jī)器人利用兩只機(jī)器手臂與紅外線掃瞄技術(shù)，90秒就能折迭T恤。(source：Griffig)

協(xié)作型機(jī)器人及機(jī)器手臂需要仰賴感知、視覺(jué)感知及計(jì)算能力，才能確認(rèn)是否需要因應(yīng)外在環(huán)境變化而減緩或停止運(yùn)動(dòng)，視覺(jué)雷達(dá)可以協(xié)助判斷距離是否安全、機(jī)械手臂是否需要減速，而計(jì)算能力則是藉由軟件演算前述感知數(shù)據(jù)，進(jìn)一步下達(dá)正確指令或反饋。由于3D視覺(jué)、自主路徑規(guī)劃、AI識(shí)別等技術(shù)日益精進(jìn)，加速協(xié)作型機(jī)器人及機(jī)器手臂的智慧化進(jìn)程。鑒于協(xié)作型機(jī)器人與機(jī)器手臂具有極高的成本效益，靈活、安全、易于使用，傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人四大巨頭瑞士ABB、日本發(fā)那科（FANUC）、德國(guó)庫(kù)卡（KUKA）及日本安川電機(jī)（YASKAWA）也開(kāi)始布局相關(guān)業(yè)務(wù)。

工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)型機(jī)器人不再?zèng)芪挤置?/strong>
相較于智慧醫(yī)療與智慧生活場(chǎng)域中的協(xié)作型機(jī)器人與機(jī)器手臂，智能制造場(chǎng)域中相關(guān)應(yīng)用同樣發(fā)展快速，2021-2022年臺(tái)北國(guó)際自動(dòng)化工業(yè)大展及2022年德國(guó)漢諾威工業(yè)展(Hannover MESSE)中可以看出產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。

以2021年臺(tái)北國(guó)際自動(dòng)化工業(yè)大展為例，ABB機(jī)器人與華碩智慧物聯(lián)網(wǎng)（ASUS IoT）、友達(dá)光電（AUO）、達(dá)詳自動(dòng)化（DSA）、碁仕科技（G4）、新臺(tái)通商（SINTAI）合作，展出多項(xiàng)機(jī)器人智能彈性制造方案及應(yīng)用技術(shù)。自主移動(dòng)機(jī)器人智能移載方案整合速度較同級(jí)協(xié)作型機(jī)器人更快、重復(fù)精度更高的ABB GoFa CRB 15000協(xié)作型機(jī)器人，具備全向移動(dòng)、AI智能避障等功能，AMR可以穿梭于狹小走道、左右橫移，提升半導(dǎo)體制程的順暢度；AI智能檢測(cè)彈性自動(dòng)化方案則結(jié)合高生產(chǎn)彈性的ABB IRB 1200小型機(jī)器手臂與ASUS AISVision，僅需改動(dòng)機(jī)器手臂的檢測(cè)流程并搭配不同AI模型，就能快速調(diào)整產(chǎn)線的檢測(cè)能力。

達(dá)明機(jī)器人于2022年臺(tái)北國(guó)際自動(dòng)化工業(yè)大展中展示全方位智慧協(xié)作機(jī)器人AI Cobot—以原生AI引擎結(jié)合智能視覺(jué)和協(xié)作機(jī)器手臂，以及快速整合AI智能堆棧及瑕疵檢測(cè)應(yīng)用方案、焊接機(jī)器人案例；全面升級(jí)的AI Cobot S軟硬件可以整合更智能的視覺(jué)與周邊軟件及更直覺(jué)操作的人機(jī)接口，有助提升自動(dòng)化生產(chǎn)效能，全面落實(shí)AI加值智能制造。

AI Cobot搭配達(dá)明自行研發(fā)的智能視覺(jué)解決方案TM AI+，內(nèi)建智能視覺(jué)系統(tǒng)，涵蓋傳統(tǒng)機(jī)器視覺(jué)與先進(jìn)AI視覺(jué)能力，能輕松找出難以辨識(shí)的瑕疵，可廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、汽車業(yè)及食品業(yè)。AI Robot S系列中的高負(fù)載手臂則適用于AMR移動(dòng)式機(jī)器人搬運(yùn)大重量的晶圓盒，而且更為強(qiáng)化人機(jī)協(xié)同的工作安全性。