账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
机器视觉开天眼
协作型机器人越来越智能

【作者: 季平】2021年10月04日 星期一

浏览人次:【3520】
  

若要替代更多人力,机器人需要更智慧,必须仰赖视觉与力感应等辅助才能符合所需。本文特别专访达明机器人营运长黄识忠,剖析机器视觉技术在协作机器人的应用与趋势。


2020年COVID-19投下震撼弹,「无人」、「零接触」成为新常态,加速工业机器人取代人力的脚步。与传统自动化系统相比,协作型机器人可以针对不同任务进行部署,而且更容易操作,所以越来越受重视。


ABI Research报告指出,全球协作机器人(Collaborative Robot)市场2020年市值达4.75亿美元,预估2021年达6亿美元,2030年可??成长至80亿美元,年复合成长率32.5%。除了疫情带动工厂机器人需求,个别产业发展也将促使工业机器人需求攀升,如半导体、绿电、电动车产业,国防工业、资通讯等领域也需要利用机器人与工具机整合技术。


协作型机器人的视觉应用

国际机器人联合会IFR(International Federation of Robotics) 报告指出,全球约有270万台工业机器人在工厂内作业,产业前三名为电机电子工业(28.4%)、汽车工业(21.2%)、机械金属工业(10.9%),亚洲仍是工业机器人使用率相对高的市场,亚洲新安装机器人约占全球供应量的60%。若要替代更多人力,机器人(手臂)需要更弹性、更智慧,必须仰赖视觉与力感应等辅助才能符合所需。


达明机器人营运长黄识忠表示,电脑视觉技术在1960年代已萌芽,2000年左右才大量拓展到商业应用,「当时数位相机带起一波风潮,人脸会被电脑视觉技术侦测出来,用绿色框框罩起来。尔後许多应用如体感游戏、人脸识别、图像拼接等都是当时主流的电脑视觉技术。」


2013年左右,深度学习技术崛起,影像辨识迈入另一个新里程碑,视觉辨识能力随着技术发展而越发成熟,2017年前後的研究则证明,AI视觉辨识技术已超越人眼的识别能力,该技术也广泛应用到视讯监控、自动车以及机器人产业。



图1 : 达明机器人营运长黄识忠。(source:达明)
图1 : 达明机器人营运长黄识忠。(source:达明)

机器人的视觉技术首重引导与定位,也就是要能透过视觉带领机器人的手与脚到达指定位置,这些技术在过去十年间发展相对成熟,市场上出现许多视觉机器人,如AGV(无人搬运车)透过SLAM(同步定位与地图建构)技术自由於场域间穿梭,机器手臂透过视觉捡拾随机摆放的物体等。随着深度学习技术的发展与成熟,机器人视觉对环境的感知、物件的瑕疵等有更强的辨识能力,机器人透过视觉技术如AI,快速导入各个产业的实际应用。


传统2D工业视觉广泛使用於自动化检查,随着生产线动态取放的应用增加,对高精度 (0.01-0.05mm) 需求也变高,如贴标、锁螺丝等作业,机器人必须在高速移动下同步做到动态追随,所以更需要整合视觉、控制等系统。


3D视觉是让机器人更聪明,手脚更灵活的利器,虽然编程复杂耗时,但有助机器人快速选择路径,执行工作,如黏接、加工或随机取放物品。过去的机械手臂只能夹取整齐排列的物件,万一碰到众多不规则物件,必须改由人工辅助,透过3D视觉模组,机械手臂能自动立体扫描,判断使用何种角度正确夹起物件,大幅降低辅助成本。


以达明机器人来说,由於内建智慧视觉,可以根据客制化需求进行侦测、辨识、定位等多种视觉应用,无须额外视觉系统整合时间,加速生产流程。智慧视觉可辨识物品位置,节省周边治具的庞大费用,也符合少量多样的生产趋势,同时降低各阶段人力开销,减少前期整合视觉、工作站流程的专业工程人力。


当机器手臂遇到AGV AMR开拓新商机

自主移动机器人(AMR-Autonomous Mobile Robot)是自动化搬运装置,也就是机器手臂结合AGV与电脑视觉、控制系统,整合成脑、眼、手、脚齐备的智慧制造设备,具有自主、弹性运用等特性。AMR等於是将工业机器人(手臂)设置於无人搬运车(AGV)上。简单来说,具有移动能力的AGV没有手,物件转移只能靠输送带或人工搬运,而机器手臂没有脚,固定後无法移动,当机器人与AGV结合成为AMR装置,充分发挥截长补短的效果,同时具有取放及移动能力。AMR可共用人类移动通道,搭配SLAM等技术更能达到自动管控、智慧搬运装置的目的。


当AMR导入逐渐成熟的自驾车导航技术及SLAM同步定位与地图建构技术,也就同时拥有自主导航能力与机器视觉能力,机器视觉技术让长手长脚的ARM多了一双「眼睛」,让AGV定位更精准,最後以控制系统作为命令中心的「大脑」,同时具备脑、眼、手、脚的智慧制造设备於焉诞生,AMR技术也成为热门市场趋势。AMR在低速、单纯运行环境下多半能顺利完成各种移动任务,加上协作型机器人发展及应用渐趋成熟,AMR的应用也越来越广泛多元。


AMR以机械手臂结合自动导航搬运车,使机械手臂具备自主移动能力,无限扩大工作范围,加工或存取动作不再局限於单一工作站。多部AMR在生产线进行多站工作,可以大幅提高使用效率,适合少量多样制造趋势。


Global Info Research预测,2025年AMR自主移动机器人市场规模将达7.36亿美元,2019-2025年年均复合成长率达15.85%。除了制造业,不同现场也能看到AMR的身影,如医院照护、环境清洁、餐饮业、仓储物流业、零售通路(如卖场)业等。


不过,AGV或AMR尚未出现统一的标准,因此制造业者与终端使用业者缺乏可依循的验证标准,以致业务推广困难。业界已成立自主移动机器人联盟(Autonomous Mobile Robot Alliance,AMRA),率先推动由AMR业者主导的AMR产业共通技术标准,以解决性能规格定义不同、系统封闭无法兼容作业的困扰。



图2 : 机械加工应用 (搭配使用PMC AGV)。 (Source:达明)
图2 : 机械加工应用 (搭配使用PMC AGV)。 (Source:达明)

ISO规范 人机协作安全更有保障

机器人分别传统工业机器人和协作型工业机器人。多数传统机器人处於独立的工作环境,远离其他人员,可以处理重物及高速运行。协作机器人通常会与其他劳工共处於一个空间工作,协作方式包含无人机互动、分享工作区、流程分工、共同执行、合力完成工作等,IFR报告指出,协作机器人和劳工的合作以分享工作区和流程分工为主。


工业5.0的理想境界是人机共同在智慧型工厂内作业,这种新型态工作环境,安全考量不可或缺。人机协作容易碰到的危险包含机器人靠近取货平台时机械手臂撞伤人员、机器人抓取原料时端校器夹伤人员、机器人放置完成货物时造成人员压伤等,在协作场景中必须根据实际风险程度监测、控制甚至限制机器人的力量、速度及运动轨迹。


人机必须同时在同一工作区内互动时,安全性风险评估更重要,风险程度取决於人机之间的距离,需要可靠的感测器协助检测,感测器彼此间的联网互动,以及与机器设备的联网沟通力相当重要,人机互动越密切,设计要求越高。


依据ISO 8373:2012工业机器人的定义,工业机器人是可自动控制,可程式更新改变行为的固定性或移动式多用途操纵装置,如三轴或多轴机器人的动作控制。为确保机器人使用安全,国际标准组织(ISO)针对机器人(Robotics)设立ISO/TC 299标准,并於2016年发布ISO/TS 15066协作机器人标准,做为ISO 10218的补充文件。


台湾劳动部已於2018年2月14日修正发布「工业用机器人危害预防标准」,於第21条增列雇主使用协同作业机器人时,应符合国家标准CNS 14490、国际标准ISO 10218系列或与其同等标准之规定,另於同年3月发布「协同作业机器人作业安全评估要点」,作为企业撰写协同机器人安全评估报告的叁考指引,以确保协同作业机器人的使用安全。为确保协作机器人的安全性,必须通过CNS 14490-1、ISO 10218-1或其他同等标准(ANSI/RIA R15.06、JISB 8433、UL1740)的机器人安全测试。


智慧制造的痛点:弹性不足

工业机器人越来越智慧,随着智慧工厂逐步落实,制造业导入机器视觉也逐渐普及化。近年来机器视觉的最大演进是结合AI,尤其制造业少量多样生产需求提升,「弹性」与「多样性」成为智慧制造系统的设计重点。但多数制造业在导入智慧制造过程中会面临的问题是,少量多样生产模式及产品生命周期变短,导致硬体自动化设备制造弹性不足,无法随时调整生产模式,因此,软体系统和设备间的交握及制程管控须不断调整。此外,还需要面对生产线导入新产品量产时程过长、相关技术人才不足等问题。


智慧机器人有助克服这些痛点。黄识忠说,达明协作机器人内建视觉,具有高弹性特色,不仅移动性高、编程简易,而且周边置具需求少,可以快速应用於新产品制程,加上所需面积小,对现有产线的配置易动来说相对较小。除了传统电子产业外,达明机器人也协助食品产业、农业进行品质外观的检测,协助检测产品外观、形状、颜色的一致化。


至於制程管控和设备对接工具,达明工厂智能管理系统TMmanager可以降低制成规划设计门槛,由产线管理者设定制程管控规则,减少沟通时间、加快上线时间,有助快速对接机台设备,协助制造业落实智慧化工厂需求。



图3 : 产线自动装箱与贴标。(Source:达明机器人)
图3 : 产线自动装箱与贴标。(Source:达明机器人)

掌握机器人发展四趋势

IFR曾提出4个机器人发展趋势,黄识忠认为与达明机器人软硬体产品发展的里程碑若合符节。趋势如下:


一、AI智慧视觉的发展

未来机器人结合视觉和其他感测系统的AI有助执行各种形状工件的辨别及瑕疵检测,协助各产业快速导入自动化。


二、智慧工厂的广泛应用 @内文:汽车业率先使用智慧机器人解决方案,在整厂装配线中使用工业机器人,未来更可以应用於机器人与自动驾驶车辆或自动移动机器人(AMR)的网络交互,配备最新导航技术。与传统生产线相比,这些可移动机器人更灵活,车身透过无人驾驶运输系统进行运输可与流水线分离并自行导向装配位置,这个位置可单独组装配备的模组,完成变更模组後也只需要对机器人和AMR重新编程,不必拆除整个生产线。

三、机器人进入全新产业应用

高度弹性化的协作型机器人已加速导入各产业,部分领域直到最近才转向自动化,如食品和饮料、纺织品、木材产品和塑料业等,「这些产业正在进行数位化转型,即将带来全新的商业模式,生产商可以轻松地实现多元化应用。」


四、疫情推动供应链变革

疫情暴露了全球产业供应链的弱点,尤其是欧盟、北美、日本或韩国等多数高薪国家的制造商尚未普及弹性自动化生产,制造商可以藉此机会从不同观点重新思考制造方式与流程,透过机器人自动化提高生产力、灵活度及安全性。


产业打造智慧制造需要具备四要素:机器人自动化、设备连结、数据整合、AI技术。黄识忠说,达明机器人不只局限於机器人硬体设备研发,也不断思索如何作出产品差异性,「机器人只是智慧制造的一环,结合视觉和AI可以加速各产业自动化导入,再以工厂智能管理系统TMmanager连结机器人机台设备及数据整合,可以展现更好的助力,未来达明机器人会逐步朝软体方向发展,为智慧制造提供全方位解决方案。」


相关文章
推动智慧制造达到更高弹性、生产力及永续性
智慧制造从此开始
结合AI管理 机器视觉应用领域持续扩增
智慧制造年代 虚实整合的生产新模式
机器视觉跟随产业转型
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新闻
» 以连接新纪元迎向未来挑战 浩亭推出众多创新解决方案和产品
» 投注地方社会叁与 宏正获新北市颁发绩优企业志工团队奖
» 施耐德电机与中国生产力中心合力推动台湾成为亚洲高阶制造中心
» The Imaging Source Asia 兆镁新迁移新址事项
» 5D智慧城市防救灾平台虚实整合 震前防减灾+震後紧急应变
  相关产品
» 德承推出新款高效低功耗强固型工业电脑━DI-1100系列
» 宇瞻发表新世代112层BiCS5 3D TLC工业用记忆卡
» 艾讯新款1.8寸无风扇嵌入式主机板强化AIoT应用领域
» 凌华推出基於NVIDIA Jetson AGX Xavier之轨道交通专用AI平台
» Basler ace 2再添Gpixel CMOS感光元件

AD


刊登廣告 新聞信箱 读者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2021 远播信息股份有限公司版权所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29号11楼 / 电话 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw