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机器手臂也能仿人「长肌肉」?博府智造力控技术解密

专注于力控技术研发的新创团队博府智造。右起分别为技术顾问林明泽教授、CEO陈朋驰及营运长詹博允。廖家宜

 
自动化需求攀升催化机器人需求的暴涨,也顺势带动周边相关设备与应用的新商机。其中,新创公司博府智造所开发的力控回馈装置,能够让机器手臂「长肌肉」,进而更贴近人类动作,在当前相对干枯的研磨自动化市场中,杀出一条路。

博府智造的亮点是透过力控回馈技术,让机器手臂在进行研磨抛光时,能够藉由多个自由度上对力的精准控制与感知回授,让末端的砂轮机与工件接面能够永远维持恒力,并达到智能自调适与自动补偿,真正重现老师傅技法,此举让过去需要大量人力的研磨抛光工艺,变得更加简单,且精准度更好。

该力控回馈装置可以独立装设在任何手臂,等于将原本只有六轴的机器手臂,衍生出第七轴。目前博府智造已集成市面上多数机器手臂,包括KUKA、ABB、发那科、安川等全球机器手臂大厂。此外,博府智造也与国内某半导体设备供应链进行合作,并且已导入汽车业与运动用品产业,未来也可望将该技术拓展至如航天、船舶、工具机、水五金及鞋业等。

力控技术如何让机器手臂「长肌肉」

试想一下,柔性力控装置就像人的肌肉富有弹性,因此可以做到好的力道控制与精细动作,机器手臂如果装上了「肌肉」,是不是将会更趋近人类的双手?

一直以来,机器人相关制造商都在找寻能够让机器人更趋近于人为的方法,希望有朝一日能够完全取代人类进行一些重复性、危险且繁琐的工作任务。如果机器人要具备仿人类的感知能力,这当中必然离不开诸多传感器的配合,尤其机器人制造商以视觉与力觉为核心所开发的智能功能,更不在少数。

而博府智造的亮点不只是对力的感知,更重要的是能够对力的反馈进行控制,而这个过程是双向的。通常机器手臂在侦测力量时需要用到力/力矩传感器,透过实时的信号回馈补偿机械手臂加工时的姿态与力道,但博府智造CEO陈朋驰表示,当一般力传感器侦测到末端反射力道后,通常是藉由控制机器手臂本身的位移进行补偿,而博府智造的力控回馈装置则是交由安装在手臂末端的气动式线性致动装置来执行缺省力大小的作动,这在一些特别需要仰赖精密位移控制,同时又需要对接触面进行力量控制的工序来说,就会凸显出差异性。

外型看起来像弹簧的气动线性致动装置,「你可以把它想象成是人的肌肉!」陈朋驰说。人类的肌肉可以自由伸展、收缩,藉由相同的概念,透过装载在弹簧上的四种传感器包括力量、加速规、位移、陀螺仪等,能够达到多个自由度上对力的控制,当发现接触面施力过大或过小,经过参数的计算与调整,弹簧就会自主调适,进而达到更细微的收缩或扩张。其中象是加速规和陀螺仪则能够改善因重力角度的改变,造成施力不均匀或不稳定的情况。

因此在整个架构上,机器手臂的任务主要是负责移载,而力控回馈装置,就像机器手臂的肌肉,则可以在末端藉由对力量的自主调控,达到更精准的位移与施力,并且让接面永远维持恒力,使加工平面带来更稳定的效果。此外,还可以将力控数据数据上抛储存至云端,透过数据处理与分析,以监控机器手臂是否确实完成研磨工序,或是达到理想的加工效果。

尤其在对力的反向控制上,运算大脑更是关键中的关键。陈朋驰提到,由于台湾制造业大部分少量多样的特性,因此很难事先针对每一种加工件设计力控参数,营运长詹博允则是指出,自动化的前提是标准化与一致性,但只要加工件经过焊接,一定会伴随些许变形,因为来料不稳定,反而会造成自动化的挑战。

因此,种种原因就相对考验系统实时的运算与响应速度,如何让机器手臂可以在面对不同形状、角度或表面时,实时动态地调整参数。而要达到这样的境界,博府智造也凭借自主掌握从传感器的研发设计、集成到力的感知、回授,以及背后数据分析等的核心关键技术,一步一步与竞争对手拉开差距。

研磨抛光自动化将是市场大饼

为何博府智造要选择研磨抛光市场以及这样一个产品创业?这需要从产业现况说起。

由中兴大学教授林明泽领军的博府智造,以科研创业亮点团队出发进入新创圈,本身团队在智能传感及力控相关研究上就具有超过二十年的经验,包括担任技术顾问的林明泽多年深耕于机械及微传感器等领域的研究,以及CEO陈朋驰与营运长詹博允则分别具有检测仪器制造及自动化系统集成等的产业背景。博府智造的核心技术围绕在力控技术,而结合传感技术,究竟可以创造出什么火花?经过长时间对市场的探索,博府智造发现,台湾制造业在智能研磨抛光的应用上,似乎还遇到许多瓶颈,而这瓶颈恰好也为博府智造打开了市场破口。

「研磨加工自动化仍是尚未饱和的蓝海市场。」林明泽观察,当前台湾所有制造业中,只要进行研磨抛光工艺,有九成都是使用劳力,令人惊讶的是,即便已踏入先进制造的半导体产业,也不外乎如此。许多工厂光是研磨抛光的作业员,就高达数百个,可以说,几乎是所有劳力的集中点。

过去市场不是没有研磨抛光机器人,但问题就出在技术瓶颈。林明泽指出,传统机械手臂只能做定向化的制式程序,像表面处理产业中最困难的研磨抛光,因为通常需要细致的动作,相对需要同时仰赖位置与接触力量的控制,对于以机器手臂来替代事实上是具有较大的困难度,因此对于某些较复杂的工件,仍以人工方式研磨,但只要是人,就会疲劳,便很难维持长久恒定的动作。而博府智造便是希望利用这项创新的智能力控传感技术,进而解决产业长久以来的痛点。

随著全球劳动人口越来越短缺,台湾制造业者也开始产生危机意识,过去业者引进外劳从事劳力密集型的工作,但随著东南亚市场崛起,不只是台湾劳动人口出现缺口,连带外劳也会开始撤出台湾回归自己的国家,显然若持续依赖外劳,已经不可靠,林明泽也感受到,近年市场对自动化需求,已越来越迫切。

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