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雙臂機器人引風潮 類人形應用猶欠東風
產學研聚焦AI.R智造產業鏈亮點
[作者 陳念舜]   2024年08月28日 星期三 瀏覽人次: [1009]

在今年全台灣最大工業科技盛會「Intelligent Asia 2024」落幕後,雖然成功延續近年來人工智慧話題,遺憾的卻是「遙知兄弟登高處,遍插茱萸少一人」。不僅少了原先傳出將旋風訪台的NVIDIA執行長黃仁勳,還未見如同期已在對岸卷起的AI人形機器人熱潮。



伴隨著人工智慧(AI)技術持續生成演進,本屆Intelligent Asia展覽以「AI in IA」為主軸,並於其中「台北國際自動化工業大展」、「台灣機器人與智慧自動化展」兩大展區聚焦AI技術將如何革新智造產業鏈,提升競爭力,吸引全球科技製造業領導品牌與專家齊聚。


儘管NVIDIA執行長黃仁勳最終未如傳言般來台參展,但觀察4天展會期間由他掀起的AI機器人(Robot)風氣可謂無所不在。隨著AI機器人市場正快速成長,根據Global Information的市調顯示,預計到2028年將以29.9%的複合年成長率成長至443億美元。


如台灣智慧自動化與機器人協會(TAIROS)理事長絲國一也在開幕時強調:「智慧製造與機器人是AI落地的關鍵!估計到了2029年,這些應用每年將會成長18%,衍生高達60億美元的產值!」


包含工業機器人大廠FANUC、KUKA、YASKAWA(安川電機);協作機器人如優傲(UR)、達明;以及上游工業電腦,如研華、華碩、凌華、新漢、友通;下游AI應用與系統整合,如台達電、廣運、西門子、所羅門等,共1,200家廠商使用近4,500個攤位。重點展示AI將如何在製造業中應用具備數據分析和自主學習能力的工廠設備與機器人,驅動機器人與智慧製造,提升產業鏈效率與競爭力。


同期也舉行「AI智造國際論壇」、「台德智慧機械論壇」、「Gen AI智慧製造交流研討會」等專業活動及多場「新產品與技術發表會」,深入探討AI可在智動化浪潮裡應用、國內外市場情勢及未來發展。


基於現今產業面臨激烈國際競爭,唯有透過產學研緊密合作,發揮學界豐沛的創新研發能量,將學界研發成果導入產業應用,同時培育高階科研人才,以提高業界的自主研發能量,藉此帶動百工百業發展。


國科會同期也設置了「國科會智慧機械科技創新館」,展出規劃推動的5項智慧機械相關專案計畫,包含:智慧微塵感測器技術研發、人機協作機器人技術開發與系統整合、虛實加工技術開發與智能化系統整合、次世代智慧製造關鍵技術研發與發展智慧製造及半導體先進製程資安實測場域等,共22個計畫團隊之亮點成果。


藉此勾勒出智慧機械產業上、中、下游技術脈絡,加速將學界研發成果推廣至產業應用,提升業界自主研發能量;共同建構智慧機械創新生態圈,促進產業升級轉型,提升國家競爭力。



圖一 : 國科會同期也設置了「國科會智慧機械科技創新館」,勾勒出智慧機械產業上、中、下游技術脈絡,加速將學界研發成果推廣至產業應用。(source:國科會)
圖一 : 國科會同期也設置了「國科會智慧機械科技創新館」,勾勒出智慧機械產業上、中、下游技術脈絡,加速將學界研發成果推廣至產業應用。(source:國科會)

工研院演示仿人協作機器人 成功技轉手工具AI組裝應用

此外,為協助台灣製造業加速轉型升級,推動低碳製造,經濟部技術司近4年也透過科技專案,研發機器人關鍵技術,將AI結合機器人控制協作、模擬感知及整合多元加工製造經驗,協助台灣傳產百工百業升級轉型為智慧製造,未來更可望廣泛應用於服務業領域,為日常生活帶來更多便利和創新。


由工研院展出的「高擬真仿人類雙手協作機器人」與歐盟指標科研計畫Horizon Europe合作開發,即強調能以AI演算法辨識工件樣式,經過餵入10萬張標記過的照片至模擬器平台進行訓練,立即配對自動生成組裝程序。


接下來「只須花10分鐘讓機器人模仿板手組裝技師雙手靈活的動作,就可以學好一種組裝方式。」至今已能組裝完成超過120種大小樣式不同的手工具,逼近整體手工具類型的8成左右,並藉此提高生產效率、節省約50%的治具成本,成為AI人形機器人發展的重要關鍵。


進而針對台灣需要彈性智慧組裝的業者需求,快速客製化提高產業競爭力,維持台灣手工具產業全球領先的地位。目前工研院已與手工具界的隱形冠軍英發企業合作,可有效提高手工具組裝生產效率。


工研院機械與機電系統研究所副所長楊秉祥透露:「這套解決方案將英發原先的4道工序縮減為一道、產線人員則可從4人減至負責補料的2人即可。」因為手工具有多樣、細小等特性,未來要拓展至PCB、物流等領域都相對容易。



圖二 : 由工研院展出的「高擬真仿人類雙手協作機器人」與歐盟指標科研計畫Horizon Europe合作開發,至今已能組裝完成超過120種大小樣式不同的手工具。(攝影:陳念舜)
圖二 : 由工研院展出的「高擬真仿人類雙手協作機器人」與歐盟指標科研計畫Horizon Europe合作開發,至今已能組裝完成超過120種大小樣式不同的手工具。(攝影:陳念舜)

PMC率先推出移動雙臂機器人 快速彈性部署產線

另為因應現今產品不斷推陳出新,壓縮上市時間,又必須同時滿足多樣少量、大批量客製化等各種市場需求,具備高應用彈性與附加價值的高速輕量化工業機器人(SCARA、Delta)已成為需求重點,甚至衍生出人機協作型、自主移動型機器人(AMR)。


由於雙臂機器人具備雙臂協同作業的特性,高協調性和手臂的冗餘度(redundant)能讓雙手彈性進行各種靈巧作業,減少多面組裝所需的夾治具,有效減省換線生產所需的時間及成本;與人在同一空間協調作業,也有效節省工作空間,適合少量多樣彈性規劃的生產線。


精密機械研發中心(PMC)則在2011年開始著手開發工業協作化雙臂機器人,兼具速度、精度,且可以提供數種安全機制與更友善的操作方式,來提升人機生產效率。從高速數位通訊機器人控制器發展,逐步邁向全軟體控制器時代,即雙臂機器人除了基本功能外,還支援外部訊號動態追蹤、多機種偕同控制及CAD BASED等進階功能。



圖三 : 精密機械研發中心(PMC)在2011年開始著手開發工業協作化雙臂機器人,兼具速度、精度(攝影:陳念舜)
圖三 : 精密機械研發中心(PMC)在2011年開始著手開發工業協作化雙臂機器人,兼具速度、精度(攝影:陳念舜)

到了今年更進一步推出了「移動型協作雙臂機器人」邁向智慧工廠大躍進,突破傳統工廠對於人機協作的空間限制。採用PMC多軸同步控制技術,整合雙臂、腰部軸和移動平台3大模組,得以自適應調整機器人重心;並結合全向輪移動載具的自主移動能力,搭載多特徵空間識別和光覺輔助感測技術,能利用Laser SLAM(Simultaneous Localization & Mapping)功能進行路線導航、精確定位並安全移動,毋須人力配合就能自由穿梭於工廠各個角落。


因此將大幅節省人力搬運及換線時間,無論是CNC上下料、人機協同組裝或是機對機協同移載作業都游刃有餘,可彈性適應不同操作環境,而非重複性的例行動作,實現高靈活產線部署、安全與彈性生產。



圖四 : 精密機械研發中心(PMC)到了今年更進一步推出了「移動型協作雙臂機器人,突破傳統工廠對於人機協作的空間限制。(攝影:陳念舜)
圖四 : 精密機械研發中心(PMC)到了今年更進一步推出了「移動型協作雙臂機器人,突破傳統工廠對於人機協作的空間限制。(攝影:陳念舜)

人形機器人發展癥結 應用場景不明、成本高昂

相較於今年8月先後在上海舉行的世界機器人大會、AI大會現場集結有18金剛人形機器人,總計超過27款人形機器人傾巢而出。台灣或許因為曾經歷早年展會從服務型機器人退守工業機器人發展的慘痛經驗,至今還是較傾向歐美日各國以AI人形機器人來取代汽車製造、倉儲物流等3k工作的保守思維,兩岸場景落差甚大,癥結就出在應用場景不明、成本高昂兩點。


如依工研院產科國際所經理黃仲宏就曾在受訪時表示,一台170公分的人形機器人,成本至少高達新台幣4、500萬元,但在目前談論的工廠、物流業等環境相對單純的「結構化」場景中,既有的單臂工業機器人、自主移動機器人(AMR),甚至是「半人形」的雙手協作機器人早就堪用;對於台廠供應鏈而言,若將之回復為整合前的單機結構,任一環節都早有成熟商機。


首次以全系列協作機器人參展的日本機器人大廠發那科(Fanuc),更強調不參與人形機器人市場。台灣發那科機器人營業部經理陳孟弘認為:「以技術上來說,要從傳統單臂機器人型態馬上跨足到雙臂,甚至結合雙足的難度有點高,很難一下子跳到實用階段;還要考量到安全性問題,現階段起比起人形機器人,發那科認為協作機器人包括實用性、可靠性、安全性,在市場接受度更高。」


因此或許忽略了如同近年來自傳統專業領域為主的鑑別式AI,過了2023年開始朝向通用型AI發展的軌跡,應該慎思AI機器人該如何才能接手多元化任務,創新應用加值!未來無論是只前進一步的雙臂固定式或移動型協作機器人能否成功,至少已看見執行多元任務的可能性!


結語

回顧1961年全世界首台工業型機器人Unimation問世迄今,當時主要用來取代人力進行高重覆性、污染及高危險性的3k自動化作業,包含銲接、搬運、上下料及簡單的組裝工作。但隨著業界研發與生產技術進展,3C電子、3品(食品、藥品、化妝品)等代工產業不斷推陳出新,壓縮上市時間,又必須同時滿足多樣少量、大批量客製化等各種市場需求。


反觀在NVIDIA、Tesla跨國科企巨頭引領下,人形機器人成為當前全球市場熱點。大陸也在政府政策和市場資本等多重因素催化下,其人形機器人產業可望迎來爆發式增長。根據預測,2024年大陸人形機器人的市場規模約人民幣27.6億元,但到2029年將可達750億元。


當台灣廠商競相展示新品與搶單之際,陸系品牌大廠的兩款人型機器人已領先TSLA人形機器人Optimus對外銷售時間從明年推遲到2026年,正迅速步入上市銷售階段。智元銷售負責人姜青松表示,該公司將於今年底前交付200台雙足人形機器人和100台輪式機器人。


智元還把人形機器人拆開賣,新發佈的1.3公尺人形機器人靈犀X1並不賣整機,而是開源硬體的設計圖紙、軟體框架、中間件源碼、基礎的運控演算法等,搭配銷售成套的關節馬達力控感測器、手部夾具等,首批售價3.3萬人民幣。


在台灣如目前外界對所羅門的關注主要聚焦在機器人應用上,但所羅門在過去10年中不斷深化其AI視覺研發能力,早已擴展其產品範圍至機器人應用之外,合作的客戶從製造業、電子業,再到科技與時尚圈,歐美品牌包括Meta、Alcon、3M、美超微、香奈兒、FedEX、Dell等,亞洲則有LG、Castify、Toyota等。


除了將視覺應用外作為獨立提供產品,所羅門更提供完整的AI視覺應用開發平台,讓客戶能夠針對自己所需的場景迅速開發客製化解決方案,整合不同的機器人品牌、PLC、2D和3D相機、攝影機、AMR,甚至無人機等硬體。「讓使用者可以利用這些軟硬體整合功能快速定制其任務,無需編寫程式語言。」


所羅門公司董事長陳政隆表示:「在與數百家國內外客戶討論過程中,我們了解到在客戶現場部署AI時,開發客製化AI應用所需的時間和資源通常遠比客戶預期的多,很多時候效果不佳導致無法落地。」該公司AI視覺開發平台已整合並優化許多不同的AI先進算法,讓用戶使用較少量的圖像樣本學習,即可訓練出高辨識率的AI模型,適用於多元化的視覺應用。」



圖五 : 所羅門公司董事長陳政隆點出未來人形機器人發展,將繫於3大關鍵:機構成熟性、售價親民、多元AI算法。(攝影:陳念舜)
圖五 : 所羅門公司董事長陳政隆點出未來人形機器人發展,將繫於3大關鍵:機構成熟性、售價親民、多元AI算法。(攝影:陳念舜)

所羅門視覺事業處協理李佳運認為,所謂的「即學即用,快速落地」,係指過往AI辨識須經歷大量的學習、人力標註過程太過冗長。所羅門則致力於以少量的AI樣本,幫助客戶直接導入生產,提升整體效益;在幾百種品項的狀況訓練下,也能快速學習,因此引起微軟、Google等國際大廠在智慧零售方面的興趣。


例如針對瑕疵樣本稀少的應用行業如半導體,所羅門近期也開發了以生成式AI「模擬仿真」瑕疵的功能,以確保有足夠的多樣性樣本用於建立高識別率AI模型,同時也包含傳統AOI功能,更方便精確的定位和量測瑕疵大小。Solvision瑕疵檢測功能也可輕鬆搭配機械人檢測非平面的大型物件,例如馬達或伺服器,僅需設定機器人須拍照檢驗的瑕疵3D位置,即可快速算出並執行最佳檢測路徑。


陳政隆也在展期最後一天舉行的「Gen AI智慧製造交流研討會」上,點出未來人形機器人發展,將繫於3大關鍵:1.機構成熟性,估計機器人身上40軸以上關節都要能夠快速、靈活運行;2.售價親民,也是他最為樂觀的項目,尤其在大陸廠商高度競爭下,估計很快就會出現如電動車、協作型機器人、機器狗的降價模式;3.多元AI算法(Generative AI + Reinforcement Learning + lmitation Learning),縮短訓練時間,還要能舉一反三!


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