機器人結合視覺應用　承擔更複雜作業任務

善用機器人，不僅可從事重複性高或環境較差的作業，且有助提升提升生產效率及製程精準度。來源：Actemium

探究工業4.0之所以在近年掀起波濤，在於其訴求解決的四大難題，皆讓全球各國感同身受，使得此一由德國率先提出的概念，得以觸發全球工業革命的浪潮；這四個難題分別是物料成本走高、產品與服務生命週期縮短、消費者需求變遷快速，及勞動人口減少，其中最後一項，引爆了工業機器人需求飛漲。

在2016年3月，國際機器人聯合會(IFR)發布2015年世界機器人統計報告，直指由工業4.0觸動的工業自動化進程，正在迅速推展，依照此趨勢，估計到了2018年，全世界工廠將有多達130萬個工業機器人提供服務，但並非意在取代人力、實現無人工廠，而將循著人機協作的脈絡發展，以提高生產製造架構的彈性，取代過去僵固的生產作業流程。

因此我們可以預見，未來只要是符合工業4.0概念的自動化智慧工廠，其中一個重要表徵，即是生產線上將大量採用智慧機器人、智慧機械與自動搬運機，這些機器設備之間，都可以相互溝通，而以往充斥於生產線的大量操作員(俗稱黑手)，將轉型成為控制者與管理者。

在從傳統製造邁向智慧製造的進程中，機器人勢將扮演重要角色。業者指出，以3C產品為例，以往追求的生產目標是「853」，意指85%的產品，必須在3天內出貨。

反觀今日，3C產品生命週期愈趨短絀，對製造速度的要求更高，故使得原本「853」躍為「985」，也就是95%的產品，必須在5天內出貨完畢，且更重要的，隨著消費者需求瞬息萬變，驅使3C產品設計及製造走向少量多樣，等於在速度快之餘，又加上一個前所未見的複雜變數，倘若倚靠傳統人力，肯定不可能達到這個目標，唯有借重帶有智慧的機器人，一方面從事重複性高或環境較差的作業，二方面協助提升生產效率及製程精準度，才有可能讓工業4.0目標圓滿達陣。

台灣發展機器人應用　有多項關卡亟待突破

考量及此，台灣政府在推展生產力4.0計畫之際，亦將智慧機器人應用，列為箇中重要一環。根據IFR提出的報告，若以機器人密度而論(意指每一萬名員工當中有多少單位的機器人)，超過全球平均水準66個單位的國家有21個，當中半數來自德國、瑞典、丹麥等歐洲國家，至於亞洲國家也表現不俗，不僅由韓、日聯手奪下冠亞軍席次，台灣也高居第八名，足見台灣發展工業機器人底蘊其實不差。

但一位官員直言點出，台灣在發展智慧機器人應用的路途中，仍將遭遇一些亟待克服的挑戰。首先是關鍵組件供應鏈仍有缺口，一來缺少足以結合製程技術的智慧零組件，以致不易提升機器人附加價值，二來則缺少IoT、視覺與力量感測器等智慧感測技術的深度。

其次難題在於機器人整合技術猶待提升，當前系統整合商傾向採用的機器人品牌多來自國外，尤其是由日本發那科(Fanuc)與安川電機(Yaskawa)、瑞士ABB，以及德國庫卡(Kuka)等廠商所代表的「四大家族」(四個品牌共計佔據全球逾六成機器人市場)，影響國產市場擴散速度，再者，當前機器人業者各自朝向不同通訊協定發展，可能導致跨品牌機種通訊整合上的阻礙，也不利於生產線應用整合。

此外的挑戰是國產產品市場應用實績不足，也就是說，台灣製造的機器人暨零組件產品，現在的實績案例過少，在實用性上猶未歷經市場考驗，唯恐影響應用端客戶的導入信心。

基於上述難題，政府特別設想突破之道，擬定智慧機器人應用推動作法。第一是「發展人機協同、機器視覺及力量傳感技術，提升附加價值」，一方面投入技術處科專計畫資源，發展與機器人系統整合之3D機器視覺、力量傳感技術，提高國產機器人附加價值。

二方面整合技術處與工業局資源，開發人機協同技術，並導入生產線應用，提高產線生產彈性與效率；第二是「機器人結合智慧機械產業應用」，一方面藉由技術處科專計畫，援引物聯網、大數據分析、行動化等技術發展雲端平台，匯聚故障預診、壽命預測與生產優化等製造業所需機能，幫助業者提高產線生產效能，二方面由工業局計畫資源發展整合示範案例，例如建構機器人聯網通訊模組，再與工具機、射出機等國產機械設備進行整合，藉此強化台製機器人產品競爭力，搶攻全球市場。

從製造到智造　新舊機器人大不相同

總括而論，機器人是促使「製造」推向「智造」的一大關鍵，而由台灣自主掌握機器人生產技術與整合服務技術，更可謂重要之事，因為如此即可避免國外產品缺貨、技術與價格壟斷，才能有效提高市場交易彈性。專家進一步解釋，由於全球機器人市場呈現供不應求態勢，故交期不甚穩定(介於3？6個月)，且台灣產業結構以中小企業為主，生產規模與機器人使用量皆屬有限，若欲導入機器人產品，難免限縮對於技術服務、議價與交期的協議空間，再者台灣製造業生產分工細且變化多，需要較高的客製化整合技術，不見得能直接引用較偏向標準化泛用型的國外機器人產品，面對前述一切難題，都可望憑藉台灣自主開發生機器人而獲得解決。

專家不忘提醒，所謂的智慧製造單元，並非僅由機器人獨挑大樑，而必須著重於如何讓機器人與機台設備(工具機、產業機械)之間形成高度的協同運作，唯有如此，才能真正讓機器人擺脫過往大家所認知的Loading on Loading上下料作業層次，更細膩地滿足前端用戶的製程需求，意即外除了取放之外，機器人其實還可肩負倒角、拋光、沖孔、去毛邊、量測等等多元任務。

如果以製造、智造視為不同世代，則傳統製造時代的機器人，其實比較像是「盲劍客」，用戶必須仰賴後端PC系統充當雙眼、並且發號施令，機器人才能聽命行事，且所能執行的任務型態也較為單純有限，反觀智造新世代機器人則大不相同，已從「盲劍客」進化成為「耳聰目明」，只因為它開始結合了結合影像視覺應用，藉由視覺系統與機器人控制器的整合，將使機器人展現過去未見的強大環境適應能力。

兼具視覺、力覺與觸覺　才能因應人機協同重任

因為新一代機器人看得見，所以有能力補償手臂絕對精度的誤差，有效避免手臂在移動時遮蔽機械視覺，與此同時，抓取形狀不規則物體的能力也大幅加強；更重要的，新式智慧機器人由於掌握力覺與觸覺，所以能夠安全地擁抱人群，不會因為不當的舉手投足、痛下重手，而對一旁協同工作的操作者造成危害，而且也開始具備自主移動載具的能力。換言之，企業若欲實現工業4.0概念下的人機協同願景，此「機」指的就是新一代Eye-in-Hand機器人，而不是過去如盲劍客的機器人。

附帶一提，前述所指新一代機器人對於力覺、觸覺的精準拿捏，除了視覺外，還取決於扭力感測器、壓力感測器、CAD-based智慧技術等關鍵技術能量。

以發那科為例，即自行研發一套RVision視覺系統，將視覺運算整併到機器人控制器當中；同為四大家族之一的安川電機，則開發出名為Nextage的雙臂機器人，在頭部與雙臂皆搭載機器視覺，其中頭部兩台攝影機是用於辨識工作環境及空間中物體的粗略位置，另外在雙臂上的視覺，則用於補償頭部攝影機的計算誤差，精準定位出物體的位置。箇中的設計巧思，相當值得台灣業者借鏡學習。