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未来机器手臂:轻薄短小、智能高效

作者: 中国机械设备网 发布时间: 2022年11月27日 18:12:46

数据显示,2025年全球机器人市场规模将成长2.5倍,达267亿美元规模。今年8月举办的「2022台湾机器人与智慧自动化展(TAIROS)」中,经济部技术处展出12项最新智慧机器人科技,包含可同时控制3个机器人协作的全球最多轴机器人控制器,透过单一系统整合多手臂应用,可提升50%以上的产能。受疫情影响,自动化、高弹性的制造业需求快速成长,欧美日等国已启动新一代工业革命,结合物联网、机器人推动智能制造,未来机器人产业布局将朝多机化、智慧化与系统化等方向发展。

机器手臂的创新应用
回顾疫情垄罩的三年,制造业积极导入自动化生产或努力转型走向智能制造,生产线或工作场域中出现愈来愈多机器人、机器手臂应用场景,取代人类操作仪器设备或其他人力作业。随着AI快速导入机器手臂,传统机器手臂开始拥有自主学习能力,生产效率大为提升。

AI机器人不仅可以控制机器手臂的速度、力道与精准度,还能透过感测、数字孪生等高阶技术与各种数据链接,降低错误率。机器手臂不仅能运用于制造业生产线及仓储物流,智慧医疗、智慧生活等场域中也能看到各种机器手臂协作案例。

如Skyline Robotics开发Ozmo系统执行自动化清洗外墙任务。Ozmo集结AI、机器学习、KUKA的KR AGILUS小型机器人、计算机辅助图像处理系统等优势,只需1名工作人员控制作业平台、电源、水源供给与起重机,由机器手臂负责清洗玻璃外墙即可。过去需要花3-4个月时间,动用3-4名工作人员执行的清洁工作不到50%的时间内就可以完成,,省时,而且安全。


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图1 : KUKA的KR AGILUS小型机器人执行自动化清洗外墙任务??。(Source:Skyline Robotics)

智慧医疗方面,台大癌医中心及新竹台大分院设有「机器手臂微创手术」系统,迄今已完成超过5,000例机器手臂辅助手术。相较于传统手术,外科医师可以透过3D立体高分辨率视觉影像、仿人类手腕关节的手术器械搭配精准的操作系统,大幅提高手术质量。机器手臂协助下,可以减少手术失血量、降低术后并发症,大幅缩短患者住院时间,而且预后效果更好。

AI让机器手臂朝智慧化、轻量化、小型化方向发展,协作型机器手臂甚至可以包揽日常庶务,如采摘水果、泡茶、逗弄宠物,还有协助折迭衣物的机器人,如伯克利人工智能(BAIR)实验室调教原型机器人BRETT,利用两只机器手臂与红外线扫瞄技术折迭毛巾,几经修正后,现在只要90秒就能完成折迭T恤的工作,折衣机器人被命名为SpeedFolding。研究员Yahav Avigal指出,SpeedFolding系统采用神经网络BiManual Manipulation Network学习4,300 次抚平和折迭动作,每小时可抚平、折迭30-40件衣物,成功率达93%,唯一的小缺点是速度仍不够快、衣物表面仍有小皱褶,还有进步空间。

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图2 : SpeedFolding折衣机器人利用两只机器手臂与红外线扫瞄技术,90秒就能折迭T恤。(source:Griffig)

协作型机器人及机器手臂需要仰赖感知、视觉感知及计算能力,才能确认是否需要因应外在环境变化而减缓或停止运动,视觉雷达可以协助判断距离是否安全、机械手臂是否需要减速,而计算能力则是藉由软件演算前述感知数据,进一步下达正确指令或反馈。由于3D视觉、自主路径规划、AI识别等技术日益精进,加速协作型机器人及机器手臂的智慧化进程。鉴于协作型机器人与机器手臂具有极高的成本效益,灵活、安全、易于使用,传统的工业机器人四大巨头瑞士ABB、日本发那科(FANUC)、德国库卡(KUKA)及日本安川电机(YASKAWA)也开始布局相关业务。

工业机器人、服务型机器人不再泾渭分明
相较于智慧医疗与智慧生活场域中的协作型机器人与机器手臂,智能制造场域中相关应用同样发展快速,2021-2022年台北国际自动化工业大展及2022年德国汉诺威工业展(Hannover MESSE)中可以看出产业发展趋势。

以2021年台北国际自动化工业大展为例,ABB机器人与华硕智慧物联网(ASUS IoT)、友达光电(AUO)、达详自动化(DSA)、碁仕科技(G4)、新台通商(SINTAI)合作,展出多项机器人智能弹性制造方案及应用技术。自主移动机器人智能移载方案整合速度较同级协作型机器人更快、重复精度更高的ABB GoFa CRB 15000协作型机器人,具备全向移动、AI智能避障等功能,AMR可以穿梭于狭小走道、左右横移,提升半导体制程的顺畅度;AI智能检测弹性自动化方案则结合高生产弹性的ABB IRB 1200小型机器手臂与ASUS AISVision,仅需改动机器手臂的检测流程并搭配不同AI模型,就能快速调整产线的检测能力。

达明机器人于2022年台北国际自动化工业大展中展示全方位智慧协作机器人AI Cobot—以原生AI引擎结合智能视觉和协作机器手臂,以及快速整合AI智能堆栈及瑕疵检测应用方案、焊接机器人案例;全面升级的AI Cobot S软硬件可以整合更智能的视觉与周边软件及更直觉操作的人机接口,有助提升自动化生产效能,全面落实AI加值智能制造。

AI Cobot搭配达明自行研发的智能视觉解决方案TM AI+,内建智能视觉系统,涵盖传统机器视觉与先进AI视觉能力,能轻松找出难以辨识的瑕疵,可广泛应用于制造业、汽车业及食品业。AI Robot S系列中的高负载手臂则适用于AMR移动式机器人搬运大重量的晶圆盒,而且更为强化人机协同的工作安全性。

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