机器人之现况与发展方向

1目錄壹、研習概況……………………………3貳、研習內容……………………………6●機器人之現況與發展方向………7●機器人機構設計………………21●機構拆裝實務實習……………38●未來之展望……………………442叁、結語………………………………45附錄一金慧琳企業有限公司簡介……49附錄二主講人簡介……………………50附錄三研習名單………………………53附錄四研習課程表……………………543壹、研習概況九十六年度「技專院校教師赴公民營機構實務研習」諸課程已於本年度暑假期間在全國各地陸續展開，其中由教育部區域產學合作中心與國立高雄應用科技大學協辦之課程「機器人機構設計及實務研習」(課程代號：96A08)，已於本年7月31日及8月1日兩天假「金慧琳企業有限公司」位於高雄縣大社鄉之工廠實施。本人有幸恭逢其盛，並與來自全國北、中、4南等21所技職院校共35位教授菁英同室研討(詳如附錄三)，實倍感榮幸！本次實務研習之內容約可歸納成四個要點；首先，第一個要點是關於金慧琳企業有限公司之發展現況(附錄一)，與主講人江金隆顧問之簡介及其個人對企業之經營理念(附錄二)。第二個要點是全球機器人產業現況與發展方向之認識。第三個要點是創意機構應用於機器人之設計技巧。最後是針對該公司所開發完成之5機械馬車與機械狗實際進行拆裝實習。詳細之研習課程表可參閱本報告之附錄四。利用研習的空檔，與會之教授們並於現場參觀由飛統自動化公司所開發出之各種創意機構模組與機械手臂操作。兩天的研習期間，對於主辦單位所有工作同仁之親切服務與熱情款待均留下深刻之印象。6貳、研習內容以下部分內容係摘自研習講義(由金慧琳企業有限公司提供)。7機器人之現況與發展方向一、全球機器人產業環境現況介紹(本資料摘自PMC)1.歐洲－以照護為主要研究領域，已有部分產品進入市場，單價偏高。2.美國－(1)政府著重軍事及太空研究與應用。(2)民間商品化角度較其他國家快，在商品及軟體應用上居領先。3.日本－(1)政府致力法規及安全規範制定，提供資源協助廠商開發。(2)民間商品數量最多，技術應用層次高，單價高。(3)社會視機器人為重要產業，人才投入意願高。84.中國－(1)陸續有廠商投入。(2)研發團隊來自學校。(3)市場以政府單位為主。(4)教具市場已有自己品牌並搭載競賽方式營運。5.香港－為主要家用及益智娛樂商品製造地及行銷通路5.南韓－(1)架構在資訊網路下的產品研發，以國內市場為主，零星商品進入市場。(2)機器人零組件已有三家以上廠商進行量產。(3)機器人專用控制器已研發上市。97.台灣－(1)政府自95年度開始推動「機器人產業」，並委由「財團法人精密機械研究發展中心」(PMC），為發展與推動中心，且成立「台灣機器人產業發展協會」。(2)廠商投入興趣高。(3)以益智娛樂及家用為主。(4)今年起會陸續推出新產品。(5)產業用機器人應用需求大增。(6)經濟部工業局，積極推動「智慧型機器人產業發展推動計畫」。10二、全球機器人產業發展策略零組件(一)關鍵零組件開發(二)馬達(三)感測器(四)電池(五)單板控制模組(一)機構教學模組(二)機構教學教材(三)創意設計競賽，衍生創意商品機構設計(一)控制IC元件(二)控制模組(三)人機介面(四)控制相關元件(五)控制法則商品化產品開發(一)精品收藏(二)益品娛樂(三)家庭清潔(四)家庭照護(五)保全(六)導覽軟體設計產品11三、機器人之分類1.工業用機器人－水平式機器人、關節型機器人等。2.國防用機器人－小型偵查機器人、反恐防爆機器、太空探測機器人等。3.教育用機器人－機器人基本機構設計模組，機器人控制教學模組等。4.休閒益智用機器人－玩具機器人、娛樂用途機器人等。5.居家照護與醫療用機器人－自動倒茶、量體溫、行動監視機器人、協助病人洗澡或行動機器人等。6.個人或家庭用服務機器人－吸塵機器人、除草機器人、泳池清理機器人等。7.特殊用途－深海工作機器人、保全機器人、下棋機器人等。12四、機器人之關鍵技術（資料摘自國科會）智慧型機器人的關鍵技術涵蓋機械結構設計、馬達設計與控制、即時影像／語音處理、感測電路設計與實現、嵌入式系統軟硬體設計、微處理器應用與IC設計、智慧型控制技術、機電整合等等的專業知識，是一個需要跨學科整合才能有效發展的領域。國科會工程處「智慧型機器人」跨領域專案計畫－包含：人形機器人、休閒/娛樂/寵物機器人、救援機器人、危險環境用機器人及機器人關鍵技術等五大主題。131.人形機器人：Humanoidrobots(1)兩足機器人步行/步態研究(Biped/gaitstudy)(2)雙臂技術開發(Dualarmtechnologies)(3)仿情感研究(Emotionalstudy)(4)靜/動態平衡(Static/dynamicbalancing)(5)輪式人形機器人自我平衡(Wheeledrobotself-balancing)(6)模仿人類(Humanmimicking)(7)機器手與抓取控制(Robotichandsandgraspingcontrol)2.休閒/娛樂/寵物機器人：Recreational/entertainment/petrobots3.救援機器人：Rescuerobots4.危險環境用機器人：Hazardousenvironmentrobots14(1)高速視覺(High-speedvision)(2)自然語言理解與對話/國語、台語、客家語(Naturelanguageunderstandinganddialog/Chinese,aiwanese,Hakka)(3)三維空間映射/定位(3Dmapping/localization)(4)臉部表情(Facialexpression)(5)力順從安全設計(Forcecomplianceandsafetydesign)(6)多機器人互動(Multi-robotinteraction)(7)奈米感測/奈米操作(Nanosensing/nanomanipulation)(8)觸覺感測器(Tactilesensor)(9)新型機構設計(Novelmechanismdesign)(10)新型驅動元件/系統設計(Novelactuatorelement/systemdesign)(11)導航與移動(Guidance,navigationandmobility)(12)智慧型控制技術(Intelligentcontroltechnology)(13)嵌入式元件系統(Embeddedcomponentsandsystems)(14)軟體工程/資訊系統整合(Softwareengineering/Informationsystemintegration)(15)人工智慧與知識管理(ArtificialIntelligenceandknowledgemanagement(16)機器人語言(Robotprogramminglanguage)(17)虛擬/軟體機器人(Virtual/softwarerobot)(18)人機互動技術(Human-robotinteraction)(19)多模式人機介面(Multi-robotinteraction)(20)機器人環境感知與活動辨識(Environmentalperceptionandactivityrecognition)(21)機器人情境感知與情意運算術(Contextawarenessandaffectivecomputing)5.機器人關鍵技術：Robotkeytechnologies15五、休閒益智型機器人分類與應用(資料摘自金屬工業研究發展中心，殷啟勝經理講義)•休閒益智(Edutainment)=Education+Entertainment.•包含：(1)機器寵物：PLEO、ALBO(2)玩具機器人：史賓(3)積木機器人：LEGO(樂高)(4)夥伴機器人：PaPeRo(5)組合機器人：KHR-1(6)實驗平台：Robotis•主要伺服機廠牌：日本：1.KONDO2.FUTABA3.JR韓國：1.HiTEC2.RoBoTIS台灣：1.廣營16六、智慧型服務機器人(資料摘自南台科技大學－機器人研究中心，謝銘原教授講義)1.服務型機器人定義：是一種半自主或全自主工作的機器人，它能完成有益於人類健康的服務工作，但不包括從事生產的設備。2.服務機器人的應用範圍：維護保養、修理、運輸、清洗、保安、救援、監護、環境導覽、行走協助、個人力理、餐飲輔助、益智教育、休閒娛樂、家庭保母、老人看護、復健支授、住所保全、盲人導引、緊急救護、探勘救災等工作。173.智慧型服務機器人之發展特點：(1)協助替代：清潔、搬運、地下水道工作、手術輔助。(2)保全：家庭保全、環境監控、緊急救護。(3)導引：導覽、盲人導引、導引代步。(4)接待：公司櫃臺、場館接待。(5)陪伴：生活陪伴、個人助理、購物陪伴、休閒娛樂、益智教育。(6)看護：老人看護、家庭保母、病人看護、復健支援輔助。18七、休閒益智型機器人分類與應用(資料摘自工業技術研究發展中心，尹宗耀講義)1.科技分野(1)機器人科技寵物－機械結構複雜、系統整合複雜(2)簡易電子玩具寵物－簡單機械結構、單晶片運算平台2.造型分野(1)非生物造型－卡片型、硬殼蛋型、絨毛球型(2)仿生物造型－卡通造型、動物造型、玩偶造型3.場合分野(1)辦公室寵物(2)居家寵物4.情境分野(1)陪伴療傷應用－心靈療傷、生活陪伴、友情夥伴(2)陪育養成應用－虛擬實境、培育養成、訓練教育19八、機器人系統規劃常見的問題(本資料部份摘自飆機器人公司，王國光經理講義)1.馬達(1)馬達扭力大小(2)馬達尺寸(3)馬達驅動器或介面(4)馬達電壓(5)命令介面(Analog，pwm，serial)2.控制器(1)單晶、嵌入式、PCbased(2)體積大小(3)耗電(4)雜訊(5)程式設計或編輯方式3.感測器(1)電壓(3V、5V、12V…)(2)感測距離(3)靈敏度(4)穩定性(5)輸入輸出訊號(Analog，pwm，serial)4.通訊(1)通訊距離(2)干擾程度及穩定度(3)通訊協定(RF，WiFi，BT，I2C)(4)通訊介面(Cable，wireless)(5)單向或雙向(6)傳輸資料量205.影像視覺(1)處理速度(2)模組內建功能6.電源(1)DC/AC(2)重量(3)電池模式及功率(4)電壓大小7.機構設計(1)輪型(2)足型(3)關節(4)連桿(5)齒輪(6)凸輪(7)其他8.其他(1)安全設計：材質是否有毒、機構是否會夾手(2)包裝盒外觀及尺寸設計(3)包裝盒產品防震設計(4)使用說明書(5)成本、製造、行銷21機器人機構設計一、機器人步行之種類1.足型(1)2足(人、雞、…)(2)4足(鼠、牛、虎、馬、狗、豬、…)(3)6足(蜘蛛、…)(4)多足(螃蟹、…)2.輪型(1)無足(蛇、…)(2)保全機器人、清潔機器人、…22二、機器人機構設計之種類1.馬達模組連結(為最簡單型，重點在於控制)2.機構連結(1組馬達驅動多自由度，重點在於機構設計)3.1馬達帶動1繩索(1組馬達驅動1自由度，但需藉助繩索拉手腳或其他)4.馬達＋機構組合：結合馬達及機構之優點或需求23三、創意機構應用於機器人之設計技巧3.148種創意機構介紹(1)旋轉轉換旋轉(RR系列)(2)旋轉轉換直線(RS系列)(3)旋轉轉換搖擺(RV系列)(4)旋轉轉換曲線(RC系列)(5)旋轉轉換分度(SS、SI、RI系列)共12組共18組共6組共6組共6組243.248種機構名稱及設計技巧介紹RR-1直齒正齒輪模組RR-2斜齒正齒輪模組RR-3螺旋正齒輪模組RR-4正傘齒輪模組RR-5螺旋傘齒輪模組RR-6蝸桿蝸輪模組RR-7齒輪正反轉轉換模組RR-8單式齒輪系模組RR-9複式齒輪系模組RR-10回歸齒輪系模組RR-11周轉齒輪系模組RR-12行星齒輪系模組RR系列旋轉轉換旋轉25RS系列旋轉轉換直線RS-1齒輪齒條模組RS-2曲柄滑塊模組RS-3平板凸輪(不具偏置量