在後疫情時代，全球製造業正經歷深刻的結構變化，機器人與智慧機械技術逐漸成為提升產 業競爭力的關鍵因素。受勞動力成本上升和供應鏈中斷等因素影響，產業對自動化解決方 案的需求顯著增加。根據Global X 的報告，機器人相關支出已明顯激增，而國際機器人聯盟(IFR) 也指出，傳統生產與數位化的結合使機器人成為製造業的重要角色，商機無限。 在疫情及全球性缺工問題的衝擊下，自主移動機器人(AMR) 迅速崛起，成為市場焦點。大 型企業積極佈局此領域，美的收購KUKA 以快速進軍中國自動化市場，而ABB 則透過收購AMR 大廠ASTI，展開跨業智慧自動化布局。根據Statista 的預估，全球AMR 市場預計在2028 年將 達到105 億美元，應用範圍涵蓋工業製造、倉儲物流及醫療照護等多個領域，顯示其巨大的市場 潛力。
▋ 研究目標
本技術開發目標旨在打造一套高精度的複合式光學檢知模組，如圖一，專為自主移動機器 人系統(AMRS) 設計，進一步提升自動化製造的智慧化等級。該模組將整合光學感知技術，運 用多元光學元件來捕捉並處理工作環境中的深度資訊與視覺數據，實現高度精確的空間定位與 物體識別。
圖一、複合式光學檢知模組示意圖
在具體應用上，複合式光學檢知模組具備以下功能與技術標準：
1. 光覺輔助感測技術
如圖二所示，通過深度視覺結合光學感知，能分辨工作環境中的物體形狀與位置變化，並針 對不同情況做出應對，可檢測的異常包括：平台異位、主軸異常、異物殘留的干涉檢知，且準確 率達96%，有了此項技術的導入，可降低意外碰撞發生，增加生產過程的安全性。
圖二、光覺輔助感測技術
此技術利用電腦視覺尋找工作環境中的多個特徵地標，如圖三所示，能對基準面進行即時 修正補償，確保操作過程中的定位與動作的準確性，可在相機解析度1080p、目標AprilTag 尺 寸5x5 的條件下，於距離至少30 公分內計算出機械手臂需要的補償值，如圖四所示，綠色框為 理想地標姿態位置，可達到空間定位小於1.5 公分和平面度誤差小於2 度的高精度要求。這對於 AMR 系統在複雜工廠環境中的導航和操作至關重要，與以往相比，即使定位容許誤差增加至10 公分，AMR 仍能穩定執行任務，尤其在應對不平整工作環境時，這些技術改善了定位挑戰，允 許AMR 在較寬鬆的條件下進行路徑規劃和自動導航，有助於提高生產效率與安全性。
3. 高效複合倉儲技術
具備靈活調整的多用途儲存管理功能，能根據生產需求儲存不同種類的物品，如工件與刀 具，並在不同生產階段間快速切換，提升倉儲空間的靈活性與利用效率，確保物料的即時供應， 如圖五所示。該系統可適應兩種以上 AMR，AMR 根據任務分工自動運輸物料，減少人工干預導 致的錯誤。升降平台則用於擴展機器手臂的工作範圍，允許其在多層次空間中靈活操作，無需重 新定位機器人，有效提升生產效率。
圖五、高效複合倉儲技術
刀料架可雙向開啟，依使用者需求，彈性增減層數，模組以圓錐定位與卡扣固定，方便分層 拆卸和補料，單層可儲存10 組刀具或料件，料盤採10 度傾斜設計，利用重力自然定位，減少 物件於移動中產生位移。
4. 刀具安全辨識技術
旨在提高機械加工中的刀具管理安全性，當手臂至刀倉取刀前，先掃描並取得刀具的深度資 訊，如圖六所示，接著與預先設置的刀具尺寸進行比對，比對內容包含刀把長寬、刀刃長寬，考 量到深度相機的解析度，寬限值設定為 ±0.5 公分，若尺寸皆低於此數值，則容許該刀具進行後 續任務，確保所選刀具與系統記錄一致。此機制能減少因刀具規格不符或選錯刀具而導致的損失， 避免設備損壞、加工不良或生產中斷等問題，提高生產效率與安全性。
圖六、刀具安全辨識技術
移動行程長達600mm，最大可承載50 公斤如圖七（含：手臂、工件及末端執行器）；相 比直立安裝之機械手臂，傾斜45 度安裝可擴大20% 工作範圍，並增加可移載之倉儲層數如圖八。
▋ 結論
透過上述技術的整合開發，將達成以下幾項特點：
- 實現基於深度視覺的手臂末端精細定位，確保高精度操作。
- 提升AMR 定位的容許誤差，使其能夠應對生產環境中的變化。
- 開發一套靈活高效的複合倉儲技術，適應不同AMR 系統並提升整體生產效率。
該技術方案將有助於提升金屬加工產業的自動化生產能力，實現全方位的智慧化升級。