力量感測技術 智慧化要角

近年來因應製造業缺工與數位轉型的趨勢，工業自動化的程度越來越高，機器人及機械手臂在加工應用上的需求也愈來愈高。傳統上機械手臂強調高速、高精準度，但對於複雜且細膩的加工作業，如切割、焊接、拋光等應用，對於來料所容許的誤差範圍，則需額外的力量感測技術確保加工品質。

另一方面，機器人智慧化技術的發展，其中力量感測為機器人邁向智慧化的重要一環，透過力量感測能使機器人具備類人的觸覺或力覺感知，因而能夠進行更精細的作業。

機械手臂在自動化的領域應用非常多，常用於取放、輸送、組裝、檢測以及加工等應用上，實際應用多使用模擬軟體來進行軌跡規劃，因此在機器人實際作業上，工件的尺寸變異與機器人系統布局（layout）的誤差，就需要進行補償，其中一種補償方式便是透過力量回饋，這常見於機器人研磨及拋光作業，是以力量感測的方式將精細變化轉換成力量訊號，並經分析校正，將機器人加工精度進一步提升，達到更好的加工品質。

但由於自動化應用越趨高階繁複，因應更多的人機協作與多機共用的需求，機器人本體的力量感測安全防護，也是機器人力量感測技術的發展重點之一。人機或多機在工作時安全區域的重疊，除了預先規劃的障礙迴避外，對於經常需要動作重疊的作業情況，機器人本體或接近區域的力量感測，就必須考量透過力量感測的防護，降低或迴避不必要的傷害。

目前機器人力量感測發展方向主要在於感測與控制技術的精進，應用場域多用於加工、組裝、安全、協作或是夾取等方面，應用情境主要有五大類，包括：（一）材料表面處理，如研磨、拋光及去毛邊；（二）零件的連結、黏合或組裝；（三）符合ISO TS15066協作安全規範，如機器人觸碰停止；（四）協作機器人路徑教導，如以人手拖拉方式快速產生各種應用情境；（五）物件精密夾取等。

在機器人技術上，除手臂本體的運動控制技術外，另一項非常重要的技術為機器人夾爪設計。為能完成夾取、搬移，甚至是更複雜的組裝任務，機器人夾爪設計因而非常多元，傳統上多採用雙爪式或吸盤式居多，但僅適用單一工件。

為解決上述使用的不便，類人化手掌便應運而生，工研院機械所研發兩款類人化手掌，同時能確保夾持工件施力不會過大或過小，並能適應各種外型尺寸，在手指或手掌端會安裝陣列式的觸覺力感測器，建立觸覺感知技術，讓機器人在夾取物體時的力量控制，能更有彈性。

因應力量感測器應用需求越漸廣泛，國際上各家廠商也紛紛推出更高敏銳與更多軸向的力量感測器，也讓機器人力量感測的應用能夠更加普及，同時擴大其應用的範圍，讓機器人能夠更加靈活且彈性的使用。未來伴隨著AI人工技術的發展，感測器所蒐集到的資訊能被更有效的分析，並且達到傳感器融合（Sensor Fusion），進而能讓機器人處理更能朝向智慧化，加上數位化及機器人學習技術的精進，將帶動整體製造產業往更高的水平前進。

（作者是工研院機械與機電系統研究所研究人員、摘錄自《機械工業雜誌》)