隨著疫情黑天鵝振翅飛過全球，居家隔離率大增，人手短缺加快了工廠的自動化腳步，導入可彈性應用在生產環境的機器人，成了製造業者的生存保衛戰。在經濟部技術處科技專案支持下，工研院設計機器人智慧關節模組，最大特色就像拼積木一樣，能根據產線需求，自由組裝多軸機器手臂，創新技術榮獲2021年全球百大科技研發獎（R&D 100 Awards）肯定。
相比體積龐大的工業機器人，不利與人一起工作，工研院一開始便鎖定協作機器人，協作機器人可負擔更靈活、彈性的任務，還能與人一同作業。工研院機械所組長陳文泉指出，這套智慧關節模組具有三大特性、兩大創新。
三大特色 軟硬整合加值機器手臂
首先是關節的模組化設計，為了讓使用者靈活組裝，研發團隊把驅動器、馬達、控制器、散熱裝置等，全都整合在有限的關節空間內，不僅縮小手臂體積，相比全球領導廠商Universal Robot的同等級機器手臂，減重40％，達到輕量化，模組化關節能依不同應用變化軸數，目前最多可安裝16軸手臂。
第二是在關節整入減速結構，透過不同大小的齒輪轉動，降低馬達轉速、提高扭力。陳文泉比喻，就像開車換檔一樣，爬坡需要更大馬力，會切到一檔，「減速結構就是為了要達成不同扭力的速度配比」，在機器手臂多軸同動的控制表現更佳。
第三是加入全數位軟體模組，透過圖像式導引取代傳統程式碼開發，讓新手操作也能達到想要的動作，降低使用門檻。此外，使用者可透過這套軟體先在虛擬環境設定關節數量、手臂長度、扭力大小等參數，模擬測試後，再進行實體安裝，減少建置成本。
兩大創新 隨插即用調整彈性大
而第一大創新是研發智慧扭力感測技術。陳文泉表示，由於協作機器人與人一起工作，機器手臂必須知道出力大小，才不會讓人受傷。目前業界作法是在機器手臂加裝扭力感測器，體積及成本高且規格固定，而工研院運用人工智慧演算法取代實體感測器，讓機器手臂像有人類的觸覺，可以判斷出力大小，在調整靈敏度時也更有彈性。第二大創新是即插即用，不論機器手臂增加或減少關節，軟體模組都能馬上因應新的手臂構型，重新計算即時運作。
也因為技術自主研發，不僅解決國際大廠壟斷的問題，對比國外同級距的關節模組，成本降低18％，有利擴散導入產業。2021年~2022年這套智慧關節模組已技術移轉國內精密工業、機電大廠、關鍵零組件等業者，促成至少5案的產業合作，帶動投資金額逾新臺幣5,000萬元，協助廠商應用在製造產線上，減少人為失誤並降低人力需求，未來又能因應產線需求彈性調整，讓廠商得以靈活、快速地開發出協作機器手臂。
由於協作機器人應用範圍廣泛，幾乎可適用於各個產業，在疫情催化下，未來需求更是只增不減。透過掌握國產自主技術，滿足各種不同使用場景，協助我國產業大步邁向智慧製造新世界。
技術特色
透過一體化的智慧關節模組化設計，將驅控系統馬達、散熱系統等整合在有限的關節空間裡，使用者能依需求靈活組裝機器手臂。
產業擴散
與國內精密工業、機電大廠、關鍵零組件等廠商合作，應用於製造產線，帶動國內機器手臂技術落地與深化。