｜產業機器人的人機安全介紹

摘要：國內近年來因為自動化與機器人的需求大量增加以及快速換線的需求，人機協同作業的機會增加。因此，產業機器人之人機安全唯一相當重要之議題。本文列舉在文獻中較具有代表性的相關人機安全的相關研究，如失誤樹分析研究、碰撞之實驗/模擬分析以及防撞之安全控制/機構設計，並提出未來國內為因應此需求所需要研究發展的相關議題。

關鍵詞：人機協同、頭部傷害指數、產業機器人

Keywords：Human-Robot Collaboration, Head Injury Criterion, Industrial Robots

前言
台灣在1980到2000年間經歷了第一次的產業自動化，包含機電整合/工廠自動化以及彈性製造等。在當時已使用產業機器人來取代部份的人力，以節省成本與增加效率。在當時已有學者針對機器人對勞工衛生安全之影響以及其安全性分析與研究。自2000年開始，由於電腦運算效能大幅提升，自動化轉變為電腦整合製造，視覺系統與虛擬實境等技術開始被運用，因此產業型機器人之安全性漸漸受到重視，機器人的安全設計與防護的相關研究也逐漸增加（姚自強, 1987；游泰和, 1988；Yamada等人, 1996；黃冠皓, 1997；Bicchi與Tonietti, 2004；李益昇, 2006）。目前台灣產業界面的問題包含：（1） 因大陸投資環境日趨嚴苛且人力成本提高而造成台商回流。（2） 3K產業（骯髒、辛苦、危險）缺工。（3） 高科技產業需求增加（工具機、自動化加工、3C組裝等）。

因此，自動化與機器人應用的需求大量增加。此外，許多3C產品為了達到多樣少量的客製化目的，而產生需要快速換線的需求。因此人機協同作業（如圖一所示）為未來自動化發展的方向。綜合以上因素可得知產業機器人之人機安全為一相當重要的課題。本文將針對人機安全之相關規範以及目前研究發展現況做介紹，以提供目前以及未來國內發展產業機器人之參考。

產業機器人安全規範與相關研究
現有的ISO10218（2006）主要是為了產業機器人的安全而訂定，其中有針對人機協同作業之規範，其中包含緊急停止（stop）、手持教導器（hand guiding）、速度與位置監測（Speed and position monitoring）、功率與力量之限制（power and force limiting by inherent design/control system）、以及奇異性之防護（singularity protection）等項目。其中有量化的規範包含機器手臂的最大速度不能超過250mm/s，最大的動態功率（dynamic power）不能超過80W，以及最大的靜態力量不超過150N。而根據Haddadin等人（2009）的研究結果指出此ISO的限制標準太過嚴苛，且會大幅降低產業機器人的效能。因此，為了提升未來產業機器人的人機作業效率與安全性，在過去幾年也有許多學者已針對人機協同作業進行許多相關的研究，吾人將此類研究歸納為下列幾項：