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長了兩隻手臂的「二手車」機器人

文/劉珈均

動畫「神隱少女」中的鍋爐爺爺總能快速準確的從一堆抽屜中抓取東西,放入鍋裡烹煮,那俐落的動作給觀眾深刻印象。工研院服科中心整合了機械所的「順應型教導機器人」與「無人搬運車」(AGV),長了兩隻手臂後的無人搬運車大概就像鍋爐爺爺一樣,AGV的機動性搭配機械臂的準確,執行任務更完美。這台「二手車」機器人率先於工研院「解密國家寶藏」特展亮相,與大眾在螢幕上合造一艘虛擬船,未來也可能用於工廠生產線,提升50%的生產效率。

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機械臂平時收縮呈S型,120公分高,兩臂張開則可達兩公尺寬。

機械臂平時收縮呈S型,120公分高,兩臂張開則可達兩公尺寬。

AGV大多出沒於工廠,行走在生產線之間,運送、裝載物料,也收回生產線上機器人完成的零組件;順應型教導機器人會記憶人類的「教導」,是「學習能力」很快的機器人。人類「牽」著機械手臂,像教小孩學寫字一樣,一推一拉地教它走一次,將它推至零件面前、按下按鈕使其夾取零件、再帶著它到另一地方放下零件,機器人便記下這整套動作與軌跡!若生產線更動工作內容,不需要為機器人重寫程式或費心更改設定,只要花幾分鐘再教它一次就好,也能儲存不同的工作流程模式。

「機械臂與AGV各自為發展成熟的技術,但要整合兩者卻相當困難,世界上只有YAMAHA公司在作這件事。」工研院服科中心工程師、統籌此專案的李建興說。YAMAHA在AGV身上加一隻機械臂,工研院則是加了兩隻,難度更高。

工研院服科中心工程師、統籌此專案的李建興。

工研院服科中心工程師、統籌此專案的李建興。

李建興解釋,整合兩者的困難點有幾處,對AGV來說,首先是荷重對機構設計的挑戰,「一隻機械臂75公斤,兩隻就150公斤,加上AGV本身的重量,整體接近200公斤。」供電與動力也是個棘手的問題,若一隻機械臂需要600瓦、兩隻就要1200瓦,AGV本身動力至少要比1200瓦還大才能載得動,還要考量夾取物料的重量、電池重量等等,在這幾個參數間取得動態平衡,李建興說,這是相當繁複的計算過程,因此團隊結合工研院機械所機器人方面的專家,藉重機械所歷年的成果專業與經驗,一起來解決這個特殊的問題。

而對機械臂而言,平常牢牢固定於桌檯上,要變成「行動機械臂」首當其衝要克服的問題就是晃動,機械臂的位置不精準、無法夾取零組件還算較輕微的情節,嚴重的話機械臂可能會斷裂。因此,機械臂必須改變設計,原本機械臂多為直挺挺的,得給它多加一些「關節」彎折,讓機械臂的高度盡量貼著AGV,並同時兼顧機械臂伸展的自由度。最後,機械臂與AGV原為兩項成熟技術,使用的語言與介面完全不同,要同時控制兩者,得編寫一套新的語言程式。

AGV靠磁感應行走,只要在地上貼磁條,AGV便走在該黑色軌道上,不會偏離軌道,要改變路徑、設定機器人停止處也很方便。

AGV靠磁感應行走,只要在地上貼磁條,AGV便走在該黑色軌道上,不會偏離軌道,要改變路徑、設定機器人停止處也很方便。

原本的工作模式是,生產線上的機械臂裝配好元件後,再將元件放到前來收集物料的AGV;現在AGV長出手臂後,彷彿變成服務生,到生產線各站收取組裝好的物料。放置物料的角色轉換,可縮短一半搬運物料的時間,大幅提升生產線的效率。

服科中心核心團隊成員有四位,加上機械所的專家一位,從去年11月開始發想、設計,到作出五台原型機只有短短幾個月的時間,之所以能如此快速的將點子化為真實,源自於團隊相當熟悉機器人領域,其中服科中心執行團隊成員四人,皆為電機與機械背景,李建興長期以來對機器人領域多所研究,自高中起便開始玩機器人,大學時期參與過大小機器人比賽,還得過不少冠軍。

團隊成員正在製作機械臂。

團隊成員正在製作機械臂。

研發的契機來自於工研院特展的「奇想樂園」,其主打「虛實整合」,而機械臂平常多「隱身」於工廠中默默工作,大眾不熟悉,機械臂給人的印象又偏向陽剛,工研院服科中心與機械所希望打破機械臂給人的冷硬印象,便構想將機械臂與AGV整合,讓新機器人在大會上與大眾互動,合力完成任務。當16位民眾坐在抬頭顯示器(HUD)前方,機械臂AGV會出動作勢夾取HUD上的虛擬零件,往後丟到環場螢幕上,16個民眾分配到的零件各不相同,在環場螢幕上組裝成一艘船。未來此機器人也可能用於工廠生產線。

服科中心的研發團隊。

服科中心的研發團隊。

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