晴時多雲

《科技與創新》具扭力感知技術之機器人關節模組

2021/11/27 08:00

工研院推出「具扭力感知技術之機器人關節模組」,讓使用者可依據自身獨特需求,像積木一樣輕鬆組裝,即能快速、便捷地開發出協作機器手臂。(圖片由工研院提供)

如果機器手臂可以像積木一樣,按需求來組裝,機器人的應用一定會更多元普及!工研院推出「具扭力感知技術之機器人關節模組」,以零組件的創新軟硬整合,解決系統應用端的痛點,適合工具機、半導體、3C組裝產線,甚至醫療、服務型機器人等各大應用場域,榮獲今年「全球百大科技研發獎」。

根據科技市場顧問公司ABI Research的研究顯示,2021年全球協作機器人產值已達6億美元,到2030年將成長至80億美元;顯見「人機協作」的應用已日益廣泛,目前應用範圍遍及電動車的電池組裝、水五金的研磨拋光、手術房的醫療輔助機器人、服務及陪伴型機器人等等,應用愈來愈多元化,但市面上的協作機器手臂多為標準規格,無法客製化來滿足不同需求。

軟體加值硬體 滿足人機協作需求

為解決此痛點,工研院整合了核心控制、馬達驅控、上位控制、機器人系統等多種專業技術,開發出「具扭力感知技術之機器人關節模組」(Software-Defined Augmented Robot Joint;SARJ),在硬體方面,透過靈活搭配關節模組,使用者可自行快速組裝出機器手臂;在軟體方面,SARJ具備軟體自動調校、數位雙生(Digital Twin)、平台擴增及OTA更新等智慧化功能,大大降低使用者開發及維護的門檻。

工研院機械與機電系統研究所副所長彭文陽指出,如今在手機、車輛的應用市場,已經大幅借重軟體來加速後端應用開發,「工研院在機器人領域耕耘已久,我們也希望將軟體加值硬體的概念導入。」

此次工研院推出的SARJ與現有市售方案的主要差異點在於,可透過軟體增強功能,打造出高效、輕量的硬體模組,並進一步擴增軟體後台,讓創客、機械手臂廠商、新創團隊等不同專業使用者,可依據自身獨特需求,像積木一樣輕鬆組裝,即能快速、便捷地開發出協作機器手臂。

三大特性大幅降低開發門檻與成本

SARJ是機器手臂的關鍵次系統,也是眾多計畫的整合成果,工研院機械所控制核心技術組組長陳文泉表示,SARJ具備三大特性:模組化、扭力感測軟體、擴增軟體平台。首先在模組化方面,SARJ做為關節模組,必須讓使用者能夠自行靈活組裝多軸手臂;然而軸數愈多,重量及體積也會增加。因此在開發SARJ的初期,研發團隊便透過全數位控制及高度工藝水準,將扭力感測軟體、高功率驅控系統、高效散熱模組,全部內建於有限的關節空間之內,達到配線簡潔的緊湊設計,不僅體積輕巧,扭力更大,在多軸同動的控制效果上表現更佳。

SARJ一開始便著眼於協作機器人市場,工研院機械所智慧機器人技術組組長黃甦提到,協作機器人的最大特性就是必須敏銳得知外力回授的狀況,才能確保人機協作的安全性。綜觀目前市面上的協作機器手臂,大多加裝扭力感測器或皮膚感測器來測得外力,成本較高且規格固定,工研院開發出「扭力感測軟體」,運用演算法預估扭力,除了節省成本,在調整靈敏度或解析度時,也有更大的彈性。

該技術最讓人眼睛一亮的,還有「軟體擴增平台」,黃甦解釋,「假設新創團隊需要一支五軸機器手臂,只要在我們SARJ的軟體平台上輸入設計規格,例如關節種類、臂軸長度、扭力大小等參數,即可產出機器手臂的Digital Twin,團隊可先進行模擬測試,確定符合需求後再進行實體安裝,大大降低開發門檻及成本。」

降低開發門檻 機電大廠試量產

SARJ的主要客群分為兩大類,一是創客及新創團隊,這類客群因為資源有限,採用SARJ可大幅降低機器手臂開發過程的複雜度,透過軟體後台點選模塊,並進行模擬測試,即插即用;二是如機器手臂製造商的專業客群,未來廠商無須再受限於既有固定規格產品,運用工研院SARJ即可縮短開發過程,搶得人機協作的市場先機。目前已有國內機電大廠導入SARJ進行試量產。

彭文陽強調,SARJ的核心價值在於它是由「軟體定義」(Software-Defined)的硬體模組,「因此SARJ不只是關節模組或手臂次系統,更是一個系統方案,能透過軟體整合來進一步服務使用者,使用者不須具備機械專業,也能簡便開發出機器手臂。」正因為工研院具備多元人才、多樣化專業等優勢,才能統合不同單位的專業能力,共同開發出這項切合未來機器人趨勢的技術,團隊也期待接下來SARJ能滿足日益多元的客製化市場,進而推廣到更多應用場域,成就人機協作的製造未來。

(本文轉載自工業技術與資訊月刊)

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