數(shù)據(jù)顯示，2025年全球機(jī)器人市場規(guī)模將成長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，透過單一系統(tǒng)整合多手臂應(yīng)用，可提升50%以上的產(chǎn)能。

經(jīng)濟(jì)部技術(shù)處處長邱求慧指出，受疫情影響，自動(dòng)化、高彈性的製造業(yè)需求快速成長，歐美日等國已啟動(dòng)新一代工業(yè)革命，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人推動(dòng)智慧製造，未來臺(tái)灣機(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，製造業(yè)積極導(dǎo)入自動(dòng)化生產(chǎn)或努力轉(zhuǎn)型走向智慧製造，生產(chǎn)線或工作場域中出現(xiàn)愈來愈多機(jī)器人、機(jī)器手臂應(yīng)用場景，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，還能透過感測、數(shù)位孿生等高階技術(shù)與各種數(shù)據(jù)連結(jié)，降低錯(cuò)誤率。機(jī)器手臂不僅能運(yùn)用於製造業(yè)生產(chǎn)線及倉儲(chǔ)物流，智慧醫(yī)療、智慧生活等場域中也能看到各種機(jī)器手臂協(xié)作案例。

如Skyline Robotics開發(fā)Ozmo系統(tǒng)執(zhí)行自動(dòng)化清洗外牆任務(wù)。Ozmo集結(jié)AI、機(jī)器學(xué)習(xí)、KUKA的KR AGILUS小型機(jī)器人、電腦輔助影像處理系統(tǒng)等優(yōu)勢，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)清洗玻璃外牆即可。過去需要花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)化清洗外牆任務(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5,000例機(jī)器手臂輔助手術(shù)。相較於傳統(tǒng)手術(shù)，外科醫(yī)師可以透過3D立體高解析度視覺影像、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)品質(zhì)。機(jī)器手臂協(xié)助下，可以減少手術(shù)失血量、降低術(shù)後併發(fā)癥，大幅縮短患者住院時(shí)間，而且預(yù)後效果更好。

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)，如採摘水果、泡茶、逗弄寵物，還有協(xié)助摺疊衣物的機(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，利用兩隻機(jī)器手臂與紅外線掃瞄技術(shù)摺疊毛巾，幾經(jīng)修正後，現(xiàn)在只要90秒就能完成摺疊T恤的工作，摺衣機(jī)器人被命名為SpeedFolding。研究員Yahav Avigal指出，SpeedFolding系統(tǒng)採用神經(jīng)網(wǎng)路BiManual Manipulation Network學(xué)習(xí)4,300 次撫平和摺疊動(dòng)作，每小時(shí)可撫平、摺疊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摺衣機(jī)器人利用兩隻機(jī)器手臂與紅外線掃瞄技術(shù)，90秒就能摺疊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)算能力則是藉由軟體演算前述感知數(shù)據(jù)，進(jìn)一步下達(dá)正確指令或反饋。由於3D視覺、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。鑑於協(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、易於使用，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）、德國庫卡（KUKA）及日本安川電機(jī)（YASKAWA）也開始佈局相關(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?/span>

相較於智慧醫(yī)療與智慧生活場域中的協(xié)作型機(jī)器人與機(jī)器手臂，智慧製造場域中相關(guān)應(yīng)用同樣發(fā)展快速，2021-2022年臺(tái)北國際自動(dòng)化工業(yè)大展及2022年德國漢諾威工業(yè)展(Hannover MESSE)中可以看出產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。

以2021年臺(tái)北國際自動(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)器人智慧彈性製造方案及應(yīng)用技術(shù)。自主移動(dòng)機(jī)器人智慧移載方案整合速度較同級協(xié)作型機(jī)器人更快、重複精度更高的ABB GoFa CRB 15000協(xié)作型機(jī)器人，具備全向移動(dòng)、AI智慧避障等功能，AMR可以穿梭於狹小走道、左右橫移，提升半導(dǎo)體製程的順暢度；AI智慧檢測彈性自動(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)器手臂的檢測流程並搭配不同AI模型，就能快速調(diào)整產(chǎn)線的檢測能力。

達(dá)明機(jī)器人於2022年臺(tái)北國際自動(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)合智慧視覺和協(xié)作機(jī)器手臂，以及快速整合AI智慧堆棧及瑕疵檢測應(yīng)用方案、焊接機(jī)器人案例；全面升級的AI Cobot S軟硬體可以整合更智慧的視覺與周邊軟體及更直覺操作的人機(jī)介面，有助提升自動(dòng)化生產(chǎn)效能，全面落實(shí)AI加值智慧製造。

AI Cobot搭配達(dá)明自行研發(fā)的智慧視覺解決方案TM AI+，內(nèi)建智慧視覺系統(tǒng)，涵蓋傳統(tǒng)機(jī)器視覺與先進(jìn)AI視覺能力，能輕鬆找出難以辨識(shí)的瑕疵，可廣泛應(yīng)用於製造業(yè)、汽車業(yè)及食品業(yè)。AI Robot S系列中的高負(fù)載手臂則適用於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。

圖3 : 全方位智慧協(xié)作機(jī)器人AI Cobot以原生AI引擎結(jié)合智慧視覺和協(xié)作機(jī)器手臂。(source：達(dá)明機(jī)器人)

2022年德國漢諾威工業(yè)展中，不少參展業(yè)者展示創(chuàng)新技術(shù)、產(chǎn)品或應(yīng)用方案，如德國機(jī)器人新創(chuàng)公司Aeon Robotics展出DROID機(jī)器人系統(tǒng)。DROID具有AI輔助力量感知功能，能適應(yīng)不同的抓取物體和工作場域變化，結(jié)合機(jī)器手臂及仿人類手指的5指夾持器架構(gòu)，5指夾持器和機(jī)器手臂組合是根據(jù)人體模型設(shè)計(jì)，操作人員無需具備程式設(shè)計(jì)技能就能透過穿戴式力反饋控制器，以手部的肢體動(dòng)作教導(dǎo)機(jī)器人完成預(yù)定動(dòng)作與任務(wù)，而DROID機(jī)器手掌可藉由力反饋控制系統(tǒng)將力量直接傳遞給操作人員。

圖4 : 5指夾持器和機(jī)器手臂組合根據(jù)人體模型設(shè)計(jì)，可在專為人類設(shè)計(jì)的環(huán)境中操作。(source：Aeon Robotics)

擅長機(jī)器人技術(shù)研發(fā)及自主移動(dòng)機(jī)器人(AMR)產(chǎn)品開發(fā)的Robotnik Automation研發(fā)多種應(yīng)用於工廠、倉儲(chǔ)領(lǐng)域的室內(nèi)AMR，以及戶外多用途AMR，如SUMMIT-XL STEEL自主移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)可應(yīng)用於工廠、物流、室內(nèi)運(yùn)輸?shù)葓鲇颍僮髂Ｊ桨灾鲗?dǎo)航、攝影機(jī)即時(shí)影像傳輸，操作人員遠(yuǎn)端遙控即可，搭載UR公司協(xié)作機(jī)器手臂，可執(zhí)行零件抓取工作。

Hyundai Robotics展出多款自主移動(dòng)的服務(wù)型機(jī)器人，可應(yīng)用於商店、賣場或餐廳，如Hyundai S1具有三層餐食置放盤，可承載30公斤重的物品，移動(dòng)速度每秒達(dá)1.5公尺，採用SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)自主導(dǎo)引，透過語音或面板就能設(shè)定與控制。

OMRON公司展出Cell-Line Control System智慧化生產(chǎn)系統(tǒng)，整合臺(tái)灣達(dá)明機(jī)器人的協(xié)作型機(jī)器人、AI、機(jī)器視覺及多種感測器，可即時(shí)偵測生產(chǎn)品質(zhì)、人員是否依標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序執(zhí)行作業(yè)，滿足少量多樣的生產(chǎn)需求。

工研院產(chǎn)科國際所執(zhí)行產(chǎn)業(yè)技術(shù)基磐研究與知識(shí)服務(wù)計(jì)畫產(chǎn)業(yè)分析師熊治民認(rèn)為，從「2022年德國漢諾威工業(yè)展」中可以觀察智慧機(jī)器人的發(fā)展趨勢，如更具安全性與應(yīng)用彈性的服務(wù)型機(jī)器人創(chuàng)新技術(shù)。綜觀全球機(jī)器人發(fā)展趨勢，以往涇渭分明的工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)型機(jī)器人界線逐漸模糊，二者融合的趨勢明顯，部分仿生工業(yè)機(jī)器人與協(xié)作型機(jī)器人由於具備更大的應(yīng)用彈性與安全性，相關(guān)應(yīng)用在非工業(yè)領(lǐng)域中持續(xù)增加，未來發(fā)展值得重視。

小型機(jī)器手臂崛起：更智慧、更輕盈、更小巧

小型機(jī)器手臂存在多年，近幾年受惠於技術(shù)創(chuàng)新，帶動(dòng)小型協(xié)作機(jī)器手臂快速朝創(chuàng)新應(yīng)用靠攏，如前述各項(xiàng)智慧醫(yī)療、智慧製造、智慧生活中出現(xiàn)的機(jī)器手臂及應(yīng)用案例已能看出傳統(tǒng)機(jī)器手臂與AI融合的新趨勢：跳脫傳統(tǒng)中大型機(jī)械手臂及不太具有美感的笨重、堅(jiān)硬外型，數(shù)位科技讓機(jī)器手臂朝智慧化、輕量化、小型化發(fā)展。

AI、5G、元宇宙、AR/VR賦予機(jī)器手臂更高階的智慧應(yīng)用可能性，比方臺(tái)灣的新創(chuàng)公司樂飛特科技(ROBOENTER)就專注於機(jī)器手臂搭配互動(dòng)展演的設(shè)計(jì)規(guī)劃與建置，將機(jī)器手臂與娛樂概念相結(jié)合，串聯(lián)VR、XR、AI、5G、顯示、攝影等技術(shù)，打造不同的互動(dòng)藝術(shù)展演、VR展演及虛擬飛行市場，未來可能結(jié)合智慧聯(lián)網(wǎng)(AIoT)應(yīng)用，仿效Skyline Robotics與KUKA機(jī)器手臂的合作模式，切入高樓外牆清洗市場，透過AI分析運(yùn)算機(jī)器手臂最佳清洗軌跡、5G遠(yuǎn)端遙控、XR/VR情境串連，就能大幅縮短清洗作業(yè)時(shí)間。

圖5 : 樂飛特科技於資訊月中發(fā)表的機(jī)器手臂VR。(source：樂飛特)

未來趨勢：沒有最小，只有更小！

除了前述多元、體型愈來愈小的機(jī)器手臂，還有更迷你的工業(yè)用機(jī)器手臂應(yīng)用。新創(chuàng)公司Mecademic成功打造六軸機(jī)器手臂Meca500，手掌大小的體積只有其他小型工業(yè)機(jī)器人的一半，重量只有5公斤，但小巧的機(jī)器手臂卻能負(fù)重500公克，而且具有防碰撞及零重力模式等功能。內(nèi)建控制器不但可以節(jié)省空間，而且大幅簡化操作方式，僅需24V供電、一臺(tái)電腦及一條乙太網(wǎng)路線就能為Meca500進(jìn)行程式設(shè)定和操作。

Mecademic採用maxon的無刷盤式DC馬達(dá)，與無背隙減速機(jī)和高解析度編碼器結(jié)合，重複精度達(dá)0.005mm，比印刷用紙還細(xì)緻約20倍！未來Mecademic將為機(jī)器手臂研發(fā)專用夾爪，可以針對個(gè)別需求提供客製化韌體，如此一來，Meca500也可以成為另一種協(xié)作型機(jī)器人。

臺(tái)灣的直得科技也成功打造收折後僅有一張A4紙張大小的cpc Robot微型六軸機(jī)器手臂，具有體積小、重量輕、低噪音等特性，更符合節(jié)能減碳、自動(dòng)化、多樣性及靈活搬移等市場應(yīng)用趨勢，可投入半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、生醫(yī)產(chǎn)業(yè)，以及實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化、微型產(chǎn)品生產(chǎn)組裝自動(dòng)化、測試設(shè)備自動(dòng)化等領(lǐng)域。

工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)型機(jī)器人逐漸融合，機(jī)器手臂朝輕薄短小趨勢發(fā)展，未來機(jī)器人製造業(yè)者必須有能力將各式控制設(shè)備及作業(yè)系統(tǒng)整合到更小的平臺(tái)上，為各種使用情境規(guī)劃更多解決方案，而且必須軟硬體兼?zhèn)洌拍艽蛟燧p薄短小、聰明、高效率的未來機(jī)器手臂。