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研發機器人皮膚 人機協作更安全

2019-01-03 03:00經濟日報 李珣瑛

日本動漫「聖鬥士星矢」主角穿上聖衣盔甲後,就可保護主角不受壞人傷害。從小愛看聖鬥士卡通的原見精機董事長蘇瑞堯,與研發團隊開發出「機器人安全皮膚」技術,幫工業用機器手臂穿上如同聖鬥士聖衣的外掛式安全皮膚,即使一旁協同工作的人員,不小心撞到移動中的機器手臂,安全皮膚感測到碰撞就會馬上停止,保護工作人員不受傷害。

機器人安全皮膚感測到碰撞就會馬上停止,保護工作人員不受傷害。 工研院╱提供
機器人安全皮膚感測到碰撞就會馬上停止,保護工作人員不受傷害。 工研院╱提供
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蘇瑞堯很早就對機器人感興趣,小時候鋼彈等動漫卡通,以及超級戰隊系列影集、電玩等,都是他日後投入機器人產業的淵源。蘇瑞堯博士畢業後進入工研院機械所工作,家裡開水電行的他,笑稱一開始還以為是去當黑手,之後才發現自己根本想錯了。蘇瑞堯指出,早期機器人發展強調的是剛性結構,都是由機械工程的人來主導。如今,感測器逐漸普及於機器人應用中,唸電機的他,長處終於有了更多的發揮。

「機器人安全皮膚」的靈感來自一場日本機器人展覽,蘇瑞堯八年前還在工研院擔任研究員,有一次赴日本看展,一家廠商的觸覺感測技術吸引他的目光。他認為,人機協作是未來產業發展趨勢,人與機器人既然在同一個空間工作,兩者接觸機會增加,工人的工傷風險也隨之增加。當機器人有靈敏的「皮膚」,可以去偵測跟物體的碰觸,便能大大提高安全性。

觸覺感測的原理,其實類似人類由皮膚末梢神經產生觸覺,並得以感知、辨識所碰觸到的物品。但蘇瑞堯著手研發才發現,市面上根本找不到可用的感測器,只好先從找感測材料做起。解決這個關卡,接著又面臨開發電路、演算法等挑戰,前前後後花了五年,感測器技術才總算成熟。研發團隊把這項感測技術與皮膚的概念融合在一起,終於成功開發出「機器人安全皮膚」。

在這層「皮膚」上,每個感應器間距小於8釐米,等同一個指尖寬度,這也是人體表面最小範圍,原見精機團隊最後成功做到5釐米,等於讓機器人的觸覺感知比人手還精密。加上反應時間小於5毫秒,無論任何碰撞角度,機器手臂都能在最短時間偵測到撞擊,賦予機器人靈敏的表面觸覺,碰撞發生時可立刻自動停止,符合ISO TS15066國際規範,可讓工廠拆除機器人周邊安全格柵,實現人機協同作業,同時維持機器人的高效能作業狀態。

此外,傳統工業型機器人往往使用超過10年仍很耐用,且機器人造價高昂,若為了人機協作而購置新品,對廠商是一大負擔。蘇瑞堯及團隊開發這項技術時,便設計將觸覺皮膚以「外掛」方式安裝於機器人手臂,如同手機殼易於拆卸與安裝,同時可因應各廠牌不同型號進行客製化,讓現有產線上的工業機器人,只要透過簡單步驟,就能進行人機協作生產。未來原見精機將鎖定工業機器人的升級商機,原見精機總經理盧元立指出,全台工廠服役中機器人約有8萬台,如此升級需求就已是非常大的市場,更遑論計入海外以及下世代機器人的潛在市場。

工業機器人感測器

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