技術專題主編前言｜智慧機器人技術專輯主編前言

2023上半年AI技術無疑以ChatGPT最為火熱，其透過生成式AI方式、快速處理大量資料，能夠與使用者進行深入的對話和交流，並生成創新且有意義的內容。這技術由OpenAI開發的強大語言模型，截至今年5月底已累積18億使用次數。對於這種人工智慧大革命所帶來的變革及其應用潛力，老實說完完全全顛覆了我們的想像。若將ChatGPT結合機器人具有彈性和多功能的特點，讓機器人作為ChatGPT的載體，成為各種專業角色的個體提供多樣化的應用，將可以為我們的生活帶來更多的便利和價值。

生成式AI不僅在對話和專業建議方面展現出強大的能力，在機械程式設計領域也備受矚目。舉例來說，夾爪是機器人系統的重要組成部分，它決定了機器人與環境交互和執行特定任務的能力，工程師設計夾爪時，需要依據不同目的工作項目，規劃不同型式的夾爪，面對少量多樣的工件夾爪設計。AI可以利用大數據和機器學習算法，分析夾爪過去的數據和性能，從而提供更優化的設計方案。本期「AI輔助生成夾爪設計」文章探討如何運用大數據和機器學習算法進行設計優化，分析大量的夾爪數據和性能參數快速的針對不同的物體做有效的夾持設計，協助設計師更好地了解夾爪的行為和限制，從而提供更優化的設計方案。但夾爪設計需要考量的因素很多，包括物體的形狀、尺寸、材料特性以及操作環境的要求，目前AI還無法取代人類的創造力和直覺判斷能力，僅能提供數據分析後設計參考，仍需設計師根據自身的專業知識和經驗進行綜合考慮和判斷。

大家對前段時間的疫情洗禮應該還記憶猶新，許多從事製造產業的跨國公司不得不重新思考供應鏈配置和生產基地的重心，他們開始積極採用自動化機器人和軟體，這對機器人市場來說無疑是一針強力催化劑。本期雜誌從台灣市佔率最高的協作機器人公司達明機器人黃識忠營運長觀點探討機器人在智慧製造領域的佈局和未來展望，他表示未來機器人市場發展將朝向人工智慧（Artificial Intelligence, AI）、視覺及感測系統、柔性化的協作型機器人Cobot、AMR自主移動機器人、物聯網等等發展，提高機器人自主性、精確度和效率，擴大應用範圍。

隨著產線對機器人的需求越來越多，需要能夠統一管理和控制所有機器人的超級大腦應運而生。工廠產線常常存在著各種非開放式的異質設備，這些設備來自不同的供應商，並且擁有各自獨立的通訊協議和控制系統。整合這些設備並實現協同工作需要耗費大量的時間和專業人力。本期文章「異質設備多機同動與協作控制技術」，即所謂的RCC（Robot Cell Controller）上位控制器可以解決此問題。RCC是一個上層控制系統，可以連接和通訊各種異質設備，例如機械手臂、CNC工具機、特殊專用機和安全控制裝置等。它提供了中心或去中心化的架構，可用於多機器人的互動控制，搭配人工智慧演算法的手段解決傳統無法自動化的流程，大幅降低自動化的門檻。RCC未來的發展方向之一是實現機器人的動態配置和協同工作，就像駭客任務中的角色一樣能夠識別不同類型的機器人，了解它們的能力和限制，並根據任務需求選擇最合適的機器人進行操作，運用已經訓練好的AI模型來實現，讓機器人能夠智能地進行分配和協同工作，它增強了工廠的應變能力，更有效率地完成任務降低生產中斷的風險，大幅提高了生產效率和靈活性。

目前工業機器人的應用，仍以焊接與噴塗機器人為全球市場上應用最多的領域，這些應用主要針對大量生產製造的產業，其中汽車產業是一個典型的例子。然而，對於少量多樣的自行車產業來說，如何利用機器人實現焊接自動化仍然是一個挑戰，本期雜誌「焊接機器人自動化模擬技術」文中採用十字雷射定位校準，在3D模擬環境中將加工工件和機器人帶入，並使用軟體進行教導和路徑生成，在模擬環境中，軟體可以針對3D曲面進行分析，自動生成準確的焊接加工路徑，大幅減輕工程師的負擔，讓機器人自動快速完成焊接。透過利用十字雷射定位校準和機器人路徑生成的模擬軟體技術，可以讓機器人在少量多樣焊接自動化中發揮更大的作用，解決自行車焊接自動化產業問題，提高產品質量、節省人力成本、加快生產速度和提高生產彈性。此外，本期雜誌中介紹工研院研發的研磨拋光機器人RobotSmith利用「YOLO(You Only Look Once)演算法實現機器人孔渣移除定位補償與瑕疵檢測系統」文中視覺技術提升了研磨的品質和工件的定位準確性，可應用於研磨高精度人工關節，RobotSmith能夠準確識別工件實現高品質的研磨效果，這不僅提高了製造過程的效率，還保證了產品的品質和精度。隨著技術的進步和應用範圍的擴大，機器人的潛力在不斷得到發掘，我們期望這樣的進步能夠讓機器人技術更廣泛地應用於日常生活的各個角落。

另一個智慧製造的重要角色是: 自主移動機器人(Autonomous Mobile Robot, AMR)，而自主移動機器人最主要的工作任務及目標是完成工廠內的搬運及倉儲作業高度準確和零失誤，本期「高荷重自主運載機器人技術發展趨勢」文中說明市面上自主移動機器人大部分為集中在一百公斤至一公噸荷重，投入高荷重自主運載機器人的公司相較稀少，其中原因之一為高荷重自主運載機器人的技術難度較高，其所面臨的技術挑戰，除了機械結構設計需要考慮到機器人要能夠承載大量貨物的強度外，由於高荷重機器人的車體尺寸和慣性較大，因此需要更高的運動控制精度和穩定性，以及可以滿足機器人需要長時間有效的能源供應和管理系統，確保機器人在任務執行期間能夠持續運行並完成任務。高荷重運載機器人不像電商撿貨需要非常快速，反而是安全性穩固性以及確效性為設計重點，其中包括驅動控制，甚至兩台以上機器人協同搬運，如果能開發出能夠承載更重負載的運輸機器人，將使自主移動機器人的應用範圍擴展至鋼鐵、造船、石化等重工製造業，以及大型貨物物流、建築業、港口和機場等領域發揮效益，並且減少工安問題。

單獨控制一兩台AMR相對簡單，但當工廠擁有十幾部甚至上百部機器人需要協同工作時，其交通管理成為一個重要的挑戰、如何提升運輸效率成為老闆們最關注的議題。本期「考量交管邏輯之移載機器人分派研究與數位孿生應用」、「基於時間窗協合路徑規劃之多移動機器人調度與任務運行」文中探討多移載機器人系統如何運用數位孿生技術，建立一個虛擬的工廠模型，模擬AMR最佳路徑規劃減少行駛距離和時間，選擇最佳方案來提高運輸效率、根據任務的重要性和急迫性調整AMR的行進速度、給予交通優先權、監測AMR的運行狀態避免碰撞、減少停工時間和生產延遲等問題，確保工作場所的安全，就像兩隻山羊過獨木橋一樣，工研院的派車系統針對運送搬運效率，可以做到聰明的運載，適當的調整和優化，提高整體運輸效率。

除了工廠應用，自主移動機器人（AMR）在農業領域也展現出了巨大的潛力，農業活動通常在惡劣的環境條件下進行，如炎熱天氣、高濕度或極寒的氣候，這些環境對人類勞動者的身體健康造成潛在危害。本期「農用戶外自主運行機器人定位技術介紹」文中針對如何實現智慧農業自主機器人之定位系統方法，建立農場的地圖使機器人可以根據預先設定的路徑和地圖資訊，在農田中自主進行種植、灌溉、施肥和除草等作業，不僅提高了農業生產效率，降低勞動成本，同時也減少了使用化學農藥和肥料的需求，有助於環境保護。想像一下，未來在夕陽西下的寬闊稻田中，多台自行駕駛的農業機器人協同工作，農民在樹下泡茶聊天，營造出一個和諧而高效的農業生產環境，解決農業老齡化的問題，減輕農民的工作負擔，提高農業生產的可持續性和競爭力，為農業帶來更加美好的未來。

最後，希望透過本專輯豐富的內容，能讓讀者更進一步深入的瞭解機器人技術與市場應用。更感謝諸位作者研究先進提供的寶貴研究心得，使本專輯能順利完成。