智慧機器人技術專輯主編前言

2019年12月中國武漢市爆發的新型冠狀病毒感染肺炎（簡稱COVID-19），已造成全球確診人數突破900萬，近50萬人死亡。肺炎疫情在2月造成中國大陸逾80座城市封城或封閉式管理，運輸、物流、倉儲零售的困難，引發上游缺料、生產缺工、下游無法出貨等人貨斷流影響。在疫情影響下，工廠的生產活動、你我的上班型態、甚至食衣住行育樂等生活模式，都在疫情影響下產生顯著改變。
國際機器人協會IFR在近期新出具的報告中即指出，全球政府投入機器人研發的金額已超過10億美元，其中又以美、中、日、韓、德等5大國最積極。日本是全球機器人的創新中心，供應全球超過一半的工業機器人；韓國在過去5年內，工業機器人的使用量翻了一倍。美國的機器人安裝量已連續成長8年，在川普政府「製造業返美」的號召下，預期機器人的採用量將更上層樓。中國則急起直追，目標發展3~5家具有全球競爭力的機器人製造商。因應去全球化浪潮，供應鏈重組，仰賴更多的自動化生產，解決勞動短缺的問題，及機器人提供便利性、避免人際接觸，降低疫情的擴散原因下政府、企業和個人對機器人需求激增。
以目前市場來看汽車以及電子製造業依然是工業手臂的最大應用市場，遠遠領先其他包含金屬，塑膠及食品等產業，使得其他諸如倉儲業、食品製造業，或製造業中的「備料程序」成為被忽略新市場。這些客戶並不需要這麼高速度，高精度的作業，但需要機器手臂更靈活，更能彈性自主學習辨識及處理不同的零件或是工作。在後疫情時代，滿足智動化、降低人力依賴、快速更改與客製化等需求，已成製造業發展新趨。以需求面來看，目前台灣主要生產應用還是以少量多樣為主，因此會特別強調機器人的彈性化功能，以及高投資報酬率部分，以滿足台灣產業高速變化需求。市場應用面來看，台灣目前採用工業機器人主要為組裝和協助物料搬運。但未來新的製造趨勢更強調彈性化生產，於機器人相關廠商而言，也促使在功能上加以優化，以讓工業機器人在產線上扮演更靈活的角色，也進一步擴大應用領域，因此像是泛用性、高彈性等都將是廠商發展重點。
隨著近年來各式各樣雲端平台(PaaS)、伺服器資料庫、數據中心(Data Center)帶動AI(人工智慧)蓬勃發展，讓傳統機械設備具有故障預測、精度補償、自動參數設定與自動排程等智慧化功能。以往機械手臂只能重複執行工程師編寫程序，雖然精準度及速度都很高，但卻無法應對任何環境或製程改變。但是現在因為AI，機器可以自主學習更複雜的任務，可因應少子老齡化社會來臨，能藉此將老師傅技藝數位化，亦可避免最終只能靠經驗傳承揣摩，將更能以達成加工條件、工廠自動化排程最佳化，以因應不同工件所造成的負荷。
此外，隨著5G與AI引爆各種新興科技應用，在未來工廠產線應用可利用5G超高頻寬、高速、高可靠度與低延遲、可大規模通訊等優勢，在製造場域擺脫對固定纜線的依賴與限制，讓需要進行資料傳輸的裝置在空間配置上能具有更高的彈性，甚至可以處於隨時移動狀態，使其產線與設備配置可具備高度調整彈性之特性，以便因應台灣少量多樣客製化產品製造產線。
正如以上所敘述，隨著機器人在各個應用領域的持續發展，機器人系統應用已以多樣的形式進入各行各業，也因機器人多元化功能的發展而受惠，如傳統產業中之金屬加工業，整合了機器視覺與虛實整合(CPS)系統而發展出的研磨拋光機器人，可以針對不同外形結構的產品自主調適機器人的加工參數，大幅縮短研磨拋光作業流程。
本次疫情雖然對於製造產業衝擊很大，但同時也讓機器人與自動化的優勢顯現於檯面，全球相關業者都在醞釀導入更多機器人提高生產製造自動化。目前可以機器人進行製造自動化的作業包含常見的切削鑽孔、研磨拋光、取放工料、運送物料等。工研院機械所智慧機器人組針對機器人系統應用發展多種核心技術與產品。工業機器人於加工應用之探討，介紹工業機器人運用於原本勞力密集型產業，解決因少子化、高齡化的社會趨勢所面臨勞動力不足的問題與老師傅技藝無法傳承的困境，相關應用除了從過去的上下料、分類、搬運、檢測、整列等製程，現在也開始導入至加工階段，如鑽孔、繞切、研磨、拋光等製程。並指出相對於傳統專用加工設備，工業機器人是適合開發具靈活和可重新彈性配置的製造系統。搭配視覺導引路徑生成應用於機器人超音波切割單元應用，以機器人超音波切割為例子，介紹機器手臂加工如何搭配視覺技術，以因應外型變異的問題。
除了不同應用外，軟體與周邊搭配機器人更為重要。模擬器自動圖像生成及自動標註，針對人工智慧視覺導引隨機堆疊物體取放，提出以模擬器建立高擬真的場景，透過多樣性生成算法，快速產生大量符合物理特性工件隨機堆疊擺放之多樣性場景，可根據每一次場景結果進行圖像儲存以及自動圖像標註，快速自動化產生大量標註訓練資料。工業機器人與周邊設備通訊之發展，介紹工業型機器人專屬之OPC UA資訊模型、驗證方法，以及對應之機器人通訊聯盟，本文以可與PCB產業通訊標準SECS/GEM溝通的機器人資訊模型與驗證方法為例子說明，並分享了工研院機械所團隊參與各項機器人標準會議資訊。
工廠內的彈性化運送是少量多樣動態生產之關鍵。智慧自主移動機器人應用技術，針對移動式機器人的技術進行介紹，內容包含智慧自主移動式機器人的架構與應用技術、機器人作業系統ROS起源與架構介紹、智慧自主移動機器人所使用的基本定位與導航技術簡略說明。多移動機器人協同控制之視覺相對定位系統及AGVS研究調查與最佳車數決定，首次嚴謹整理了多個度量多機車隊派遣管理系統性能的規格，可應用於未來搬運機器人物流系統的規畫評估。最後介紹多用途夾爪，仿生電子手發展與趨勢，針對機器人較新的仿生類人手爪技術產品發展趨勢加以介紹，可以做為先進機器人投入研發的參考。
本期內容豐碩，希望透過本專輯，能讓讀者更進一步深入的瞭解機器人技術與應用發展趨勢，最後並感謝諸位作者先進所提供的寶貴研究心得，使本專輯能順利完成。