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一、摘要
本技術以 AR 技術結合機器人組裝 Domain Know-How，並建立 AR 擴增實境機器人模擬技術。利用此技術，使用者可透過簡單的手勢教導機器人動作，AR 技術使教導過程直觀化，免除複雜的編程，並融入虛擬指引與實體機器人操作，顯著減少學習曲線並提高教學效率；同時也可以透過此裝置技術，進行現場同步組裝作業指導，可避免錯誤操作導致的損害，此 AR 虛擬機械手臂是工廠自動化的一大助力。
二、組裝教學和劇本任務編程複雜又費時
機械手臂在組裝階段，都是透過文字書面說明書或是傳統老師傅帶領學徒的方式，口語相授，常有資訊斷接問題，缺乏系統化的教育訓練傳授結果，終讓關鍵技術丟三落四。若在機器手臂組裝過程中，將老師傅的組裝經驗和默會知識納入，並建構AR擴增實境虛擬導引，搭配文字及動畫進行即時提示，解決資訊斷接問題。
機械手臂組裝完測試時，硬體工程師需仰賴軟體工程師協助，才能執行編寫機器人劇本任務，且還要經過路徑模擬再加以實測才能完成，既複雜又費時，目前業界大多採用手拉教導的方式，但是在教導雙臂機器人執行雙手協作的動作時，因為機械手的重量與姿態的轉換很難進行雙手協作的動作教導。
三、AR擴增實境的兩途徑，解決產業機械手臂痛點
►機械手臂組裝階段：
傳承老師父默會知識並建構AR擴增實境虛擬導引，搭配文字及動畫進行即時提示，解決文字說明書、口語相授常有資訊斷接、無法精準呈現手臂組裝眉角的問題，減少溝通障礙，將經驗傳承，使新人能正確組裝機械手臂。
►機械手臂測試階段：
搭配AR擴增實境虛擬教導，透過簡單操作輕鬆地移動和編輯機器人劇本，並可記錄人類雙手動作，達到快速編輯機器人移動軌跡，直覺操作加快機械手臂學習速度。
手臂教導與傳統教點或是PC操作手臂最大不同在於更直覺的人機互動方式，透過手勢拖拉即可完成劇本編輯及動作預覽，不僅可縮短教育訓練時間，對於初學者亦可降低誤操作撞機所帶來的心理壓力。
四、AR於機械手臂教導學習技術的四大功能
總體來說，AR機械手臂教導學習就是協助在正確的時間、地點提供正確的信息，透過四個功能，從而優化機器人操作流程，包括提供手把手的組裝指導，建立錯誤診斷資料庫供快速查找，將老師傅的經驗轉化為可視化的知識影像，並透過虛擬手勢控制進行手臂測試，減少實際操作中的錯誤和編輯流程。
1. 組裝教導 (Step by Step):
* 適用對象：新手操作員
* 教學方式：手把手教學，確保操作員熟悉組裝流程。
2. 錯誤診斷資料庫:
* 資料內容：機器人組裝及使用過程中常見問題的解決方案。
* 適用場景：遇到問題時，可即時查詢資料庫，快速找到解決方案。
3. 轉化默會知識:
* 知識類型：通過動作拆解，將老師傅的經驗和技巧轉化為可視化的知識影像。
* 適用範圍：涵蓋機器人操作過程中的細節和技巧，幫助操作員更快上手。
4. 模擬機器人手臂測試:
* 測試方式：通過虛擬手勢控制編程，模擬機器人手臂動作，預先測試程序。
* 優點：減少實際操作中的編輯流程，提高效率。
五、AR於機械手臂教導學習技術的三大特色
►技術特色1： 全方位傳承手法
這套流程利用 AR 技術，將老師傅的經驗數位化，解決了傳統技術傳承難題。透過互動式的 AR 引導，學員可以快速學習機器手臂的組裝和操作，並且在虛擬環境中進行測試和調整，大幅縮短學習曲線，提升效率。
步驟一：老師傅經驗教導 (知識影像傳承)
首先，將老師傅多年累積的實務經驗，以錄影、3D 建模等方式轉化為知識影像，作為傳承的基礎。
步驟二：手臂組裝 (逐步把關指引)
接著，利用 AR 技術，將步驟一的知識影像以互動式的方式呈現，逐步引導學員進行機器手臂的組裝，並於過程中把關，確保組裝正確無誤。
步驟三：手臂測試 (加速編輯流程)
最後，同樣透過 AR 技術，模擬機器手臂的實際操作環境，讓學員在虛擬空間中進行測試，並根據測試結果快速調整參數和流程，大幅縮短編輯時間，提升學習效率。
►技術特色2 ：Easy to Assemble
(1)真人實際操作：真人影像＋重點提示＋文字輔助
傳統透過影片教學方式，教導現場組裝的步驟，繁瑣又費時。首先，列出所需零件清單，並以圖示和文字說明。接著，展示組裝流程圖，以便於理解步驟和順序。最後，透過真人操作影片，詳細展示每個步驟的重點和技巧，例如如何使用工具、如何對齊零件、需要注意的事項等。
(2) 條件式流程組裝教導 + 錯誤診斷資料庫
►步驟一：生成 AR 組裝零件模型
首先，系統會生成 AR 組裝零件模型，並顯示在螢幕上，讓使用者可以清楚看到每個零件的形狀、位置和組裝方式。
►步驟二：重點提示、顏色標示
接著，系統會以顏色標示的方式，提示使用者需要注意的零件和步驟。例如，需要組裝的零件會以紅色標示，而已經組裝好的零件則會以綠色標示。
►步驟三：標示方向及位置
在組裝過程中，系統會根據使用者的操作，動態地標示出零件的正確方向和位置。如果使用者操作錯誤，系統會立即發出警示，並提供修正建議。
【層層把關機制】
在每個步驟完成後，系統都會進行檢查，確認組裝是否正確。
- 如果組裝正確 (OK)，則可以進入下一流程。
- 如果組裝錯誤 (NG)，系統會顯示錯誤訊息，並提供「錯誤診斷資訊」，包括「狀況問題」、「可能原因」和「措施」等，引導使用者找出問題並進行修正。使用者也可以選擇「回上一層檢視」，重新確認之前的步驟。
【條件式組裝流程教導】
除了上述步驟外，系統還會根據使用者的操作，提供「條件式組裝流程教導」。例如，當使用者需要鎖螺絲時，系統會顯示螺絲的規格、扭力值等資訊，並提供操作示範影片，讓使用者可以更輕鬆地完成組裝。
< 總結 >
透過 AR 技術的輔助，可以讓機器人組裝教學變得更直覺、更有效率，並且可以減少錯誤的發生。
►技術特色3：Easy to teach
(1)利用手勢進行手臂教點，加速編輯流程
(2)直覺化手勢教點
六、目前國內外既有或是其他競爭者或是競品的差異化與優勢
| 機器人VR應用 |
本技術 |
Kuka sim |
Holospace |
| 產品特色 |
結合VR技術及真人影片，可用於測試及培訓 |
工業機器人，使用 VR 技術進行設計、測試和培訓 |
結合VR技術，可用於測試及培訓 |
| 適用機器人 |
可依客戶需求修改 |
KUKA機器人 |
可以客戶需求修改 |
七、細部規格/系統說明
(1) AR擴增實境設計開發平台
此AR擴增實境設計開發平台由羅克韋爾自動化 (Rockwell Automation) 的 Vuforia 平台和微軟的 HoloLens 頭戴式裝置組成，旨在協助企業釋放價值。
(2) 擴增實境架構
此AR擴增實境流程圖顯示，從電腦端的3D軟體（如Solidworks、Autodesk Inventor）匯入3D模型至Rockwell Automation Vuforia平台，經由Visual Studio編程後，將輸出影音傳送至HoloLens頭戴式裝置，裝置上的sensor感測器會將環境資訊回饋給平台，形成一個完整的AR擴增實境體驗流程。
(3) 擴增實境空間座標轉換技術
八、結論
AR技術可以在真實世界投影虛擬機械手臂，幫助操作者確定教點位置和路徑。透過AR眼鏡，操作者可以即時看到手臂模型與實際環境的交互作用，進行點位記錄與路徑重現，可使機械手臂的教點過程更加直觀、高效。此外AR技術還可以提供即時反饋，例如顯示目標點的距離、角度或位置偏移，幫助操作者調整手臂姿態以達到最佳的教點結果。通過融合AR技術，機械手臂的教點過程變得更加直觀、可視化，提高了操作錯誤的容錯率。未來將在製造業、物流業和服務機器人等領域中發揮重要作用。
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