【解密科技寶藏】多重安全智慧防護 讓手眼力協調機器人絕不成為「殺人機器」!

by 陳寗
2015.11.12 12:05PM
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是【解密科技寶藏】多重安全智慧防護  讓手眼力協調機器人絕不成為「殺人機器」!這篇文章的首圖

【解密科技寶藏-創新科技專案】還記得這個驚人的事件「今日新聞淺談:德國工廠機器人殺人,《機械公敵》上演?」嗎?

雖說這純粹就是一個工安事件,但卻也讓我們知道一件事情:原來機器手臂是會撞死人的!過去看到機械手臂,總是會有種「他是精密機械,所以不能碰,一碰就壞掉」的感覺,但經過德國工廠的機器人殺人事件之後,我們才突然明白 —— 原來人被機械手臂撞到是人會死掉,不是手臂會壞掉啊!

根據工研院研發團隊的說法,即便是像上圖這樣迷你的機械手臂,被他直接撞上就跟被車撞到差不多,都是要送醫院的等級啊!因此為了工人的安全、以及為了未來的人機共做生產流程,手眼力協調機器人除了做出了能讓機械手臂自己看自己在幹嘛的設備,同時還有一個非常重要但卻較少被提及的功能:安全智慧防撞保護

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上圖:圖中人事物皆為拍照情境示範,真實世界中的手眼力協調機器人並不會發生這種事情

手眼力協調機器人由於設計的初衷是為了協助科技產業等小型設備廠商生產組裝,因此大部份的機器人都很小台,大概像上圖這個樣子。但在步進馬達的帶動下,全金屬外殼的手眼力協調機器人如果真的撞上人 ... 那還真不是「喔呀我被撞到了」可以形容的慘劇。再加上未來希望能讓機械手臂跟組裝人員一同在生產線上工作,因此手眼力協調機器人的安全防撞是絕對不能馬虎的!

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手眼力協調機器人的安全防撞設計主要有兩項,分別是上圖的高靈敏防撞感應器、以及下圖的人身靠近感應器。上圖的高靈敏防撞感應器就位於藍色的「皮膚(顏色可換)」底下,由大量的觸碰坢應器組成,當偵測到有物體碰上機械手臂時,就會緊急煞停機械手臂避免意外發生。這組感應器的靈敏度可以做非常精密的調整,因此業主可以視需求自行調整感應度,以符合工廠安全規範的要求。

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上圖:藍色感應地墊其實應該要鋪在機械手臂旁所有人能靠近的位置,不過這裡只是示範,所以只裝了前面這一側

不過如果單靠防撞感應器來避免意外,那麼即使能緊急煞停,被高速運轉的機械手臂撞到依然是很痛很痛的事情。因此手眼力協調機器人還有另一項法寶:人身靠近感應器。這套感應器就是上圖地上的藍色地墊,內裝有壓力感應器,能在人靠近機器人時自動降低機械手臂的運轉速度,可依據工廠安全規範要求,依人身靠近程度降低機械手臂速度,例如靠近兩格地墊降低為半速、三格地墊為微速等等,這樣就能避免人被全速運轉機械手臂撞傷了。

至於你硬要跳過去給機器人撞 ... 那也不用擔心,因為還有其他的安全設備,稍後會講到。下面我們先來看看防撞感應器+人身靠近感應器工作的樣子:

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上圖中綠色地板上的藍色墊子是感應是否有人接近機器人的壓力感測裝置,在實務安裝上必須鋪滿整個機器人的周圍,不過這裡只是示範,所以只鋪了機器人的正面與側邊。四個格子分成兩區塊,分別是距離較遠的「半速」感應區以及最靠近機器人的「微速」感應區,能因為人體靠近機器人的程度調整機器人運作的速度。

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上圖:相片中的小正妹是工研院的員工,所以請不要誤會工研院是一個充滿男性的地方喔!

當人員站到最靠近機器人的感應墊上之後,機器人就會以非常非常慢、慢得像是電影慢動作的速度動作。不過安全碰撞感應跟運作速度是無關的!不管機器人正在全速運作、或微速動作,只要碰到障礙物都是會自己停下來的,因此不用擔心「有人飛過去而被機器人撞傷」之類的問題發生。

註:有人飛過地板感應器撞上機器人並不是不可能發生的事情,光是「跌倒」就有可能發生這類意外

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上圖:為了避免工作人員被機械手臂「全速」撞上,因此只要有人靠近,手眼力協調機器人就會自動降低運轉速度

當人靠近機械手臂時,手眼力協調機器人就會「突然降速」,變得好像電影慢動作一樣。這樣不僅能避免靠近的工作人員被全速運轉的機械手臂撞上,同時也能替未來的人機共做生產作準備,讓組裝人員能跟機械手臂一起在同一條生產線上工作,像是組裝 iPhone 時能讓機械手臂做一部分工作等等,讓工作效率得以大幅提升。

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前面說過,用感應地墊雖然確實能偵測是否有人靠近,但如果遇上心懷不軌(跳進來)、或是不小心飛進來(被其他人撞倒)的工作人員,那該怎麼辦呢?其實在手眼力協調機器人上,工研院還幫他設計了兩套安全保護裝置,分別是很夯的人體辨識(使用 XBOX Kincect)與 X 光光柵門兩種。上圖是使用 XBOX Kinect 組成的辨識系統,除了能偵測是否有人靠近之外,同時也可以藉由內建的人臉辨識機制,搭配工研院自行開發的系統,達到操作人員人臉辨識、防盜、防竊、防破壞等功能,對於高精密、高科技產業來說是非常重要的多重安全功能。

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至於 X 光光柵門就比較傳統了,這就是很單純的光線掃描,有點像便利超商的自動門那樣,有物體靠近就會遮蔽兩邊的光線傳遞,達到偵測物體移動的效果。不過這東西雖然看起來相對的「低」科技,但搭配上前面的 Kinect 辨識系統,既能有效解決一開始說「人如果跳進去怎麼辦」問題,讓手眼力協調機器人能擁有最方位的人身安全保護,完美避免類似德國機器人殺人事件的工安事件再發生,也為未來開啟了實現人機共做的大門。

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作者:陳寗@癮科技

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