｜陣列式壓力感測器設計與夾爪應用

摘要：隨著自動化產業的智慧化轉型，機械設備也需要通過觸覺感知周圍的環境，因此如何將觸覺轉化成機器可以識別的信號為現今自動化關鍵模組的研究課題之一。本文針對軟性壓阻式陣列壓力感測器做一詳細介紹，並介紹目前工研院發展中的智慧觸覺爪片的設計、實驗、結果與後續研究需持續改進之方向，希望能就機器觸覺領域研究達拋磚引玉之效。

Abstract: Metal bipolar plates have low cost and high mechanical strength properties. Because the PEMFC works at a high temperature and sulfuric acid environment, the metal plate encounters corrosion issues. The metal plates can be protected from corrosion by laser carbon film cladding.

關鍵詞：陣列式壓力感測器、智慧終端效應器夾頭模組、智慧自動化

Keywords：Tactile Sensor Array, Smart Tactile Tip, Intelligent Automation

前言
近年來，仿生機器人與服務型機器人的機器觸覺（machine haptics）研究，隨著各領域的需求發展變得越來越重要。以機器人仿生皮膚發展而言，通常希望感測器是一個完全或是部分覆蓋在機器手指、手臂或機身表面的裝置，它可以幫助辨識物體外型、感受外部的碰撞，協助機器人完成更複雜、更細緻的工作，並達到安全防護防碰撞的需求[1]。在工業自動化領域，由於面臨產品生命週期大幅縮短、少量多樣客製製程、兼具生產效率與良率的產線全自動轉型需求，各類機械人技術於工業上應用的智慧化要求也相對應提昇，例如將機械夾爪應用於零件組裝生產上進行夾持微小零件插銷，必須仰賴各種末端力量感測器的訊號融合（sensor fusion）分析應用，提供穩定且精準的微小夾持力量感測與控制，或更進一步結合人工智慧分類技術做到與組裝同時進行的製程品質管控（in-process quality control, IPQC）。

要達到上述需求，微形變壓阻式感測器（micro-deformable piezoresistive sensor, MDPS） - 或簡稱壓阻（piezoresistive）式軟性壓力感測器 - 是一個很適合的產品。除了具有低價化、易成形、製程容易、抗電磁干擾、遲滯效應低、可任意網印圖案與高力量敏感度等優勢外，亦可容易配合實際應用情境做不同感測圖樣的客製設計，於近年來受到各界的重視與探討[2-6]。
以夾爪應用來說，壓阻式陣列感測元件的感測單體陣列設計除可感測接觸力量的量值變化外，透過識別夾持力量的位置以及分佈，判斷機械夾爪與被夾持物件之間的接觸面積與夾持物理狀態（例如形狀、大小、位置、傾角），進而可由系統端判斷受夾持物件是否有滑動的狀況，再進一步去調整夾持力量，或是在夾持易碎物，如玻璃、陶瓷等時，可以進行夾持力量控制，避免造成被夾持物件的損壞。

本文安排如下：第2節將介紹目前工研院所開發的陣列式壓力感測器，第3節介紹目前工研院將感測器結合於工業夾爪上的一些夾持應用研究，第四節則討論未來研究需持續改進之方向，希望能就機器觸覺領域研究達拋磚引玉之效。