協作型機器人角色更加重要

工業制造從80、90年代的自動化，發展到2000年代的智能制造，未來的智能工廠除了更高度的自動化與取代更多復雜的人力制程之外，還希望發展更多協作型機器人，臺達電子機器人事業群機器人事業處長彭志誠（圖5）說明，包括點膠（Dispensing）、上螺釘（Screwing）、焊接（Soldering）、檢驗（Inspection）、組裝（Assembly）、卡匣自動搬運車（Pick & Place Vehicle， P&P）等，甚至可以彈性更換夾具與工具，生產線因產品、制程需要而可以彈性重組（Reconfigurable），可以處理更多客制化的實時訂單。

圖5　臺達電子機器人事業群機器人事業處長彭志誠說明，機器人生產線因產品、制程需要而可以彈性重組（Reconfigurable），以處理更多客制化的實時訂單。

一個機器人系統，彭志誠解釋，可以簡單分成機械結構（Mechanical structure）、驅動程序、運算與控制單元、傳感器、通訊模塊幾個項目。未來協作型機器人的市場發展趨勢為業界矚目，多家研究單位都看好其發展，Barclays Equity研究指出，2020年該市場規模將挑戰30億美元，2015～2020年復合成長率97%，是非常高度成長的市場。

工業4.0促成自主機器人發展

智慧機器人的發展要從德國喊出的工業4.0口號來觀察，臺科大自動化及控制研究所副教授李敏凡（圖6）說，該口號的精神在少量多樣、周期短，一切商業活動始于賣方，過去傳統的生產價值鏈順序顛倒，從顧客需求開始驅動研發，再到供應鏈與生產，完成整個商業活動。因此，生產線必須維持高度彈性，以因應各式各樣不同的需求，并實時反應。

圖6　臺科大自動化及控制研究所副教授李敏凡說，工業4.0的精神在少量多樣、周期短，一切商業活動始于賣方，因此，生產線必須維持高度彈性。

自主移動機器人（Autonomous Mobile Robot）有別于非自主性質的機器人，李敏凡指出，非自主性質如遙控是由人類以有線或無線方式控制；自動是執行規畫好的任務計算機程序；而自主則是可以在未知環境，處理非預知的工作，并可隨時、隨機彈性調整工作內容。簡單的說，工業4.0就是工業3.0加上人工智能，自主機器人的行為內容包括，避障、目標搜尋、軌跡追蹤、保持隊形等。

傳感器應用質量均升

從關鍵零組件的角度來看，臺科大電子工程系賴文政（圖7）博士說，機器人是由許多次系統整合而成的，若進一步將次系統拆解，則可以大致分成顯示器、輸入設備如鍵盤/游戲桿、驅動器如馬達、通訊設備、感測模塊、視覺模塊、導航模塊等重要單元。這些模塊在一個機器人身上可能出現多次，而微控制器（MCU）與傳感器，在許多次系統或模塊上都會一再出現，是非常重要的關鍵零組件，而且隨功能提升，這些關鍵零組件的使用量也將更為驚人。

圖7　臺科大電子工程系賴文政博士解釋，機器人是由許多次系統整合而成的，微控制器（MCU）與傳感器，在許多次系統或模塊上都會一再出現。

尤其是傳感器，要讓機器人更聰明，需透過這些前端的傳感器搜集更多信息，意法半導體（ST）模擬、微機電與感測組件應用經理陳建成（圖8）說明，傳感器分成動作、環境、聲音三類，以當紅的Pepper為例，其頭部有四個麥克風、兩個RGB相機、一個3D傳感器、三個觸控傳感器、胸前有一個陀螺儀、手部有兩個觸控傳感器、腿部有兩個聲納傳感器、雷射傳感器六個、三個保險桿傳感器、一個陀螺儀、兩個紅外線傳感器，共九類近30顆傳感器。

圖8 意法半導體（ST）模擬、微機電與感測組件應用經理陳建成說明，因應傳感器融合（Sensor Fusion）的發展趨勢，未來單一功能的傳感器將會越來越少。

也由于感測的需求越來越高，環境傳感器將往新應用領域發展，微機電類型的電子羅盤、加速度計、陀螺儀、麥克風等將持續提升感測精準度，也就是降低噪聲干擾，提升感測靈敏度與精度。另外因應傳感器融合（Sensor Fusion）的發展趨勢，將促成同性質的傳感器融合，如加速度計整合陀螺儀成為六軸傳感器，加速度計整合電子羅盤與陀螺儀成為九軸傳感器。未來單一功能的傳感器將會越來越少。

智能機器人測試項目繁復

智慧機器人尤其是陪伴與服務型機器人遲遲未能普及的一個重要原因就是安全性，有些陪伴型機器人動輒幾十公斤，加上移動速度，若是在家中發生意外，面對的是小朋友與老人家，恐怕還未達成陪伴的目的就先釀成災害。另外，在工廠的生產在線，每天與機械為伍的人員，安全風險更是有增無減。

因此機器人產品風險與驗證也是一個重要的議題，UL能源暨電力科技部事業發展經理陳立閔（圖9）指出，UL 1740標準是美國對于機器人設備的基本安全設計要求，其中的測試要點包括電源輸入、最大負載電流、操作溫度、過電壓與欠電壓、漏電流、操作軟件、手持部位、導體失效、通風馬達死鎖、驅動馬達死鎖、馬達煞車、零組件破損、過載、斷電與重啟、緊急停止裝置、緊急停止時間與移動距離測量、斷電下的緊急移動、抓取裝置、教學模式下的低速運動測量、突電壓的防護、絕緣材料耐受電壓、電路板耐受電壓、彎折、軸向旋轉耐受性、提拉與移動、外殼強度等數十個項目。

圖9 UL能源暨電力科技部事業發展經理陳立閔指出，機器人的測試驗證項目繁復，除整機外，零組件與軟件安全都要測試。

而且不是只有整機要測試，陳立閔強調，零組件安全與軟件安全都要測試，其他還有很多必要與非必要的安全防護，跟產品的類型與個別特性有關，例如機能安全（Functional Safety）認證，內容提到機器設備的安全可靠性分成五級，耐用次數從一萬次到一千萬次。智慧機器人的驗證內容繁瑣，因應產業與時代的發展，當我們與機器人的互動越來越密切，也可能因為發生新的非預期意外，使得安全驗證的項目越來越多，因此如欲投入智慧機器人領域，及早了解復雜的安全認證內容并導入非常重要。