AMS：智慧機器人新感測器變得更強大
陳端武 2017-07-17
在工業4.0時代，智慧工廠的重點將是大量使用與人類協作的機器人。這些機器人配備3D視覺及各種創新感測器，能以更高精度進行非常複雜的任務，且能感知週遭環境，因此毋須保護設施即可與人類員工協作，大幅提升工廠生產品質及產量。
奧地利微電子(AMS)位置感測器產品高級行銷經理Mark Donovan指出，協作機器人要執行高精度的任務，背後關鍵在於各種先進感測器。
旋轉編碼器位置感測器(Rotary encoder position sensor)
工業機械臂的基本要求之一，是要能在2D或3D空間快速準確地移動。因此機械臂多為分段設計，具備關節及用於夾持物體的手端(end-effector)。機械臂中的每個關節都需要馬達和齒輪機構才能驅動。而每個組馬達∕齒輪機構會需要1~2個編碼器位置感測器，來提供馬達換向反饋和旋轉接頭檔位。
此外，協作機器人通常會有1支以上的機械臂，而且還具備機動力。有不少協作機器人甚至有能移動及旋轉的頭部。協作機器人常會採用磁性旋轉位置感測器。這種感測器能提供高度準確的馬達換向反饋和檔位位置資訊，而且也很適合在惡劣環境中作業。此外，磁性位置感測器還具備消耗功率極低、體積小、重量輕、成本低等優點。
預感感測器(Pre-sense sensor)
預感感測器或稱空間感測器，是讓智慧工廠機器人迅速、安全地執行任務的重要零組件。空間感方面又以視覺感測器最重要，能讓機器人辨識物體、導航及閃避障礙物。
視覺感測技術包括2D CMOS感測器、3D數位鏡頭和光達(Lidar)。2D鏡頭成本相對較低，因此已獲工業機器人使用多年。而且2D鏡頭技術近年來也有長足進步，無論在小型化和提高影像品質方面，讓工業機器人能有更好的視野，而能執行更複雜的任務。
CMOS感測器具極高解析度及高動態範圍(HDR)功能，能在光源不足的情況下作業。光學3D視覺立體鏡頭和光達感測器技術也被整合到智慧機器人，使其能繪製週遭環境的動態3D地圖。3D視覺感測器能提升機器人的操作準確度及安全性，還能避開路徑上的障礙。
光達則能讓機器人繪製高解析度3D地圖，但目前仍非常昂貴。不過有不少公司正在設法降低光達成本。而3D視覺立體感測器(3D vision stereo sensor)是藉將兩個2D視訊鏡頭以不同角度安裝在機器人上，因此成本較低。
超音波感測器(Ultrasonic sensor)
超音波感測器主要用於機器人的近場導航和避障，目前也被大量應用於工業機器人。機器人能利用超音波感測器探測附近的障礙物，以免撞到牆、其他物體、機器人或人類。
超音波感測器的有效範圍僅幾公尺，最大偵測角度約30度。而其優點為成本相對較低，而且近距離偵測準確度很高。缺點則是易受溫度和壓力變化影響，而且會被附近使用相同頻率的超音波感測器的機器人干擾。
力矩感測(Force torque sensing)
力矩感測器主要應用於工業機器人的手端，能確保手端夾具以適量壓力抓取物體。力扭感測器可監視機械臂的移動、檢測障礙物及向機器人的中央處理器發出安全警報。例如，由於機械臂碰到物體時，力矩感測器會感測到突然出現的壓力，其安全控制軟體就會下令機械臂停止運動，移回原先位置。
力矩感測器也能與視覺、超音波、光達等預感感測器，以及其他安全感測器搭配使用，提供安全區域監控功能。
附圖：配備眾多先進感測器的協作機器人，能安全地與人類員工一起工作。法新社
資料來源：http://www.digitimes.com.tw/iot/article.asp…
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