传感元件整合应用为发展机器人与自动化设计基础

传感器是发展机器人与自动化的关键，若自动化与机器人设备无设置传感器，这些自动化设备仅能依据程序规划进行固定行为与处理，但若能搭配对应的传感器整合，则可做到侦测真实环境现况主动做出对应处理，甚至搭配人工智能技术开发具智能的自动化与机器人设备…

传感器精密度、效能持续提升

早期传感器开发受限技术方案限制，使其传感精密度、效能、体积与实用性因此受限，而随各式传感技术方案竞相推出，目前可使用的传感项目、精密度与实用性越来越高。

尤其在后继而起的MEMS(Micro Electromechanical Systems)技术加入传感器设计行列，使传感器整合迈向晶圆级、集成电路等级的整合领域，不仅元件大幅功能整合与体积压缩，除使关键元件的量测精密提升，也让关键元件的耐用度与功耗表现获得大幅改善，加上用量增加也使得元件成本越来越低廉。

传感器之于人体，就如同人类身上的感知神经单元，可透过特定元件处理或识别环境因素，如温度、距离、大小等，透过感知操作环境的不同信号，再透过传感器转换成电压、电流或是数码数据变化，经由将数据送到中央处理器应用人工智能程序码完成环境分析、移动判断与执行后，再传送动作数据到机器人的服务器、致动器完成对应动作，而其中传感器的尺寸、精密度、耐用度与功耗表现，即直接影响机器人或自动化生产设备的性能表现，在自动化产业中传感器的重要性不言可喻。

传感器感知技术快速发展  以可建构环境传感基础

以目前发展相对完整的传感技术，已经能够满足环境传感应用的各式感知需求，例如在距离、温度、压力、碰触、影像…等传感能应用，透过各种传感方案的整合，已可建构环境传感的基础，其余还需搭配机器人本身的机械与伺服架构整合，加上各式传感元件的整合应用，已可因应特殊用途型、医疗辅具型、照护服务型、公共服务型、生产制造型、家庭服务型、休闲娱乐型等不同应用需求的机器人整合设计需求。

再检视产业应用机器人或自动化整合应用需求，可以从单轴、多轴机器人、双臂机器人、机器人作业处理单元等产业应用方案，会应用到的驱动模块方案也相当多元，如多轴控制器、整合型多轴控制器等，而在伺服马达的应用方案可以在100？1.5KW到更高的7.5KW性能差异，在因应大的加工工件抓取或自动化加工处理，在基础元件需求方面已有完整的解决方案，而搭配驱动模块方面，除伺服马达需求外，部分需要高精度的加工工序自动化，则需要精密伺服驱动器搭配减速机等，甚至使用协和式减速机、控制器等搭配整合使用，达到产线的应用需求。

善用传感器整合  提升机器设备智能化效益

若以机器手臂的持物行为设计为例，除了需要机器夹具、手掌的驱动夹取持物控制外，但针对不同物体持物搭配，就必须准确控制夹物、持物力道，若无传感器搭配控制在面对不同物体持取时，就会出现驱动力道过大甚至损坏持取物体的问题，但若有压力、碰触传感器搭配持物程序控制，就能在下达持物取物指令时传感是否机器手臂已顺利进行取物，而取物夹具或机器手掌的控制力道可在碰触到物件后再稍加夹物力道、同时侦测物件重量是否能顺利搭配夹持力道进行取物。

除持握、抓取加工件的自动化应用外，传感器使用还可进而整合环境温度、环境障碍避障等设计目的，让自动化应用环境整合更完整，例如，若在机器人身上加载温度传感器，则可传感机器人运行的周边温度现况，据此判断机器人的运作条件是否正常，或进而发展传感服务加工工序环境的温度是否异常。

传感器多元发展  为机器人建构完整环境感知能力

目前业界常用的传感元件单元，有温/湿度传感器、特殊气体传感器、光传感器、压力/碰撞传感器、超声波测距模块、红外线测距模块、雷射测距/扫描仪、加速度计、陀螺仪、电子罗盘、RFID、摄影机、阵列麦克风等，而透过这些传感功能整合，可以构建机器人、自动化设备的环境感知能力，搭配人工智能则可整合可以自主操作的能力。

碰触式传感元件应用多元相对应的方案也相当多，以导览或服务型机器人来说，碰触感应元件可以说是避障行走设计相当重要的部分，尤其是近来流行的仿生机器人应用，则需要在仿生物的软性外壳材料中设置大量碰触传感元件，透过传感元件的压力变化、持续时间、压按方式分析判断触摸仿生机器人的型态是轻抚或是拍打，进而产生接近生物的反馈行为趋动表现。

压力传感器

压力传感器Round Force-Sensitive Resistor(FSR)的技术方案相当多，有电容式、电阻式、电位计压力传感方案等，以电容式压力传感为利用电容两侧电极板，因为受外力压迫造成电极板距离变化，进而可推导出压力变化，至于电阻式压力传感通常使用一套电极板来搭配压阻式导电性材料，制程上也可运用微机电制程制造对应元件，当应用微机电制程时，元件所使用的压阻式材料也能以墨水形式附着在极板间，建构压力传感器架构。

压力传感器使用也相当多元，例如前述电容触控元件用于仿生机器人的案例，压力传感器也常用于仿生机器人或娱乐型机器人身上，只是压力传感器的成本相对较低，在成本敏感度较高的玩具设计则相当常见用于互动型玩具设计应用中。例如娱乐型机器人可以在身上不同部位设置压力传感模块，当传感模块受外力压迫时，该元件就会解析输出该部位的压力施力大小。

此外，压力感应器也常见用于医疗用途，例如运用阵列式压力传感技术传感身体或是脚底的压力分布现况，借此分析睡眠或是运动足部的身体或脚底压力变化。

电流传感器

以机器人设计方案来观察，机器人之所以能驱动、运行，其实是靠大大小小的伺服马达运行，透过马达与驱动器整合，使机器人可以做出精细的微小动作变化，而电流传感器是为在驱动器的电源侧，透过电子电路测量驱动器的电流变化，若机器人部分机件无设置电流传感器，则很容易因为马达负载过重造成驱动电流大增，甚至造成马达故障问题。

电流传感器大多采用霍尔元件整合，应用回授机制保障重要的机件不至于过载故障，当发现驱动器电流超额时即发送信息告知处理器，停止部分机件运行，避免设备毁损。若马达为利用脉波宽度调变(Pulse Width Modulation；PWM)运行，当传感器发现电流骤增时，则可透过调变工作周期(Duty Cycle)使驱动器的驱动电流压低在安全驱动范围内，避免高电流导致设备故障。