感測器的使用與配置是智慧制造基礎建設中的一環(huán)，它是賦予機具設備感知能力的關鍵設置。未來所有的工業(yè)機具都將離不開感測器的使用，而處處也都會有智慧感知應用的身影。

@工業(yè)領域里，感測器使用數(shù)量最多的，就屬智慧機械應用了，它不僅是先進自動控制的基礎，更是智慧化的根本所在。而隨著工業(yè)4.0概念的逐步深化，更多的智慧裝置與應用也接連興起，於是感測器的應用數(shù)量又更加節(jié)節(jié)高升。

本文即從三大主要的應用領域切入，剖析這些新興的工業(yè)智慧應用在感測器上的運用強況。

讓你可以更靠近━協(xié)作機器人

協(xié)作機器人（collaborative robot），簡稱「Cobot」，是設計用來與人類在共同工作空間、生產(chǎn)線上直接性物理互動，并進行良好協(xié)作的新型態(tài)機器人。它的外型通常是一個機器手臂，更先進的則會有兩個手臂，且具備人型的外觀。

要成為協(xié)作機器人，當然有一定的規(guī)范。除了體積與運轉速度和力量外，當然也要具備豐富的感知功能，才得以在工作空間里與人類協(xié)作。也因此協(xié)作機器人具有一系列距離感測器，能夠在瞬間對周圍工人存在做出反應，有效大量制造，同時賦予智能化的應對。

除了距離感測器之外，少數(shù)的協(xié)作機器人還會進一步搭載碰撞感測器，用來啟動發(fā)生意外碰撞時的停止功能。這種用來防止碰撞的感測模組，有時會被稱為電子皮膚，它通常是采用外裝選配的方式安裝，但目前也有業(yè)者在出廠時就已完成配裝，像是川崎重工就與臺灣的原見精機合作，推出具備防撞模組的機器手臂。

而先進的防撞模組不僅僅作為防碰撞使用，它還具備力量感測的性能，能夠判斷輸入的力量大小，讓產(chǎn)線上的工作人員來對機器手臂進行導引與轉向的功能。

協(xié)作機器人目前仍處早期發(fā)展的階段，但伴隨時代演進，現(xiàn)在已有越來越多的廠商進入此一市場，并讓它們的功能得到了快速的提升。早期協(xié)作機器人尺寸體積偏小，適合執(zhí)行簡單的物件取放、搬運、切割、焊接等高精準度，和電子組裝、涂膠等動作，這些小快又靈活的協(xié)作機器人對於工業(yè)4.0發(fā)展至關重要。

圖1 : 搭載碰撞感測器模組的協(xié)作機器人，不僅僅作為防碰撞使用，它還具備力量感測的性能。

近期這些機器手臂的力量和尺寸已進一步提升，是早期機器人的五倍，尺寸增大後更加擴展夾具和工具使用范圍，以及更直觀的程式，拓展出更廣泛的應用領域，包括重型機械加工、物料搬運、包裝、處理螺絲和螺母等。

汽車產(chǎn)業(yè)是最早應用領域，例如BMW使用協(xié)作機器人執(zhí)行碰撞罐元件鉚接制程，對縮短周期時間產(chǎn)生巨大影響，完成時間從64秒縮短到52秒。根據(jù)Kenneth Research預測至今年，汽車領域協(xié)作機器人帶來的出貨和銷售收入將以每年約43%速度成長。

在金屬產(chǎn)業(yè)，協(xié)作機器人能夠執(zhí)行重復一致性地拋光平坦和不平坦表面，對於力道的控制趨於程式化，并且針對推陳出新的產(chǎn)品快速更改設置、重新進行部署；而添加劑制造新創(chuàng)企業(yè)使用機器人提供3D列印零件個性化設置，這也是協(xié)作機器人在重視彈性的中小企業(yè)間，日益受到歡迎的原因。

在農(nóng)業(yè)方面，溫室種植者可靈活運用協(xié)作型機器人摘采嬌嫩植物、將細小種子栽入盆栽等執(zhí)行作業(yè)；制藥業(yè)方面，運用協(xié)作型機器人使研究、測試、標記與包裝等工作區(qū)域保持無菌狀態(tài)。

延長機具使用壽命━預防性維護

導入預防性維護（Preventive maintenance）的主要目的，是使設備避免因為人員疏忽、疲勞、或元件設備損毀而失效，尤其是在初期轉變成重大異常之前，就可以進行自主性的介入，以減少發(fā)生重大故障或造成產(chǎn)線停機的可能性。

預防性維護的最大優(yōu)勢為預先規(guī)劃，降低意外的被動維護與其衍生出來的間接成本。它可配合生產(chǎn)休息時間關閉設備，同時在關閉之前，可預先收集好維護所需零件、用品，配置人力資源，以減少修理時間。這些措施能降低維修的總成本，同時提高生產(chǎn)安全性，從長期影響來看，預防性維護對於廠房與產(chǎn)線來說具備極高的效益。

近年來，多數(shù)的廠房已由人工操作快速地轉為機械化和自動化，不僅造成設備數(shù)量的增加，同時也急速邁向復雜化與大型化。因此和以前相比，對於各項制造過程生產(chǎn)計畫，因不適應設備而產(chǎn)生的問題比例遽增的趨勢。現(xiàn)代自動化機械發(fā)展的情況下，若人員仍尚未更新技術，將會引起使用和維修不當故障頻出，乃至修理時間增加，造成嚴重後果，進而關系到整個公司發(fā)展。

而要實現(xiàn)預防性維護，廠房里的機具設備就必須要裝載能夠監(jiān)測其運行狀態(tài)的感測器元件，以對其包含震動幅度、磨損狀態(tài)、角度偏移、溫度、濕度、氣體或液體的分子狀態(tài)、以及反應時間在內(nèi)等的各種叁數(shù)，進行收集與傳遞，最後再搭配智慧軟體的分析，對用戶提出警告和建議。

所以一個完整的預防性維護系統(tǒng)，所涉及的感測器種類就十分廣泛，包含振動感測器、加速度計、陀螺儀、霍爾感測器、溫度感測器、麥克風（聲音感測器）、光學鏡頭（表面感測）等。而在智慧制造趨勢的加持下，廠房里的各項機具也持續(xù)擴大預防性維護的覆蓋范圍，因此所使用的感測器數(shù)量也持續(xù)提升。

以CNC機臺為例，其轉臂、軸承、馬達、刀具與滑臺等，都是屬於需常態(tài)性監(jiān)控的單元，而且一旦有所偏移或磨損的情況發(fā)生，就會立即影響物件加工的品質(zhì)，嚴重時甚至會損毀機臺本身。因此定期進行保養(yǎng)與維修是保持生產(chǎn)品質(zhì)與避免設備損壞的重要項目。

而導入預測性維護技術之後，機具運作的各項叁數(shù)都能透過感測器提取出來，并進行紀錄與分析，讓用戶可以即時調(diào)整與更換關鍵的元件，例如刀具或者軸承等，因此能夠保持良好的加工品質(zhì)，同時也減少不必要的停機時間。根據(jù)多個實場測試的結果顯示，透過使用預防性維護系統(tǒng)，能夠大幅延長機具的使用壽命，同時也降低整體維護的成本，明確的提升了企業(yè)營運的效能。

圖2 : 振動量測幾??可以說是目前預測性維護應用的標準配備功能。

行動是天經(jīng)地義的事━自主移動機器人

「無人化」是工業(yè)領域一個明確的發(fā)展趨勢，尤其經(jīng)歷新冠疫情（COVID-19）之後，大量的減少廠房里的人員配置已是業(yè)者的共識。除了在產(chǎn)線上導入機器人用以取代人力之外，物料的輸送與工件流動，也都將會陸續(xù)使用無人的解決方案，因此無人搬運車（AGV）和自主移動機器人（AMR）在廠房??的能見度也漸漸提高。

AGV和AMR盡管在功能與應用上不盡相同，但它們都是屬於能夠在廠房里自動行進的機具設備，因此都具備有能夠偵測環(huán)境狀態(tài)和行進標示的感測器。

以AGV來說，防碰撞與識別標記就是其主要的功能之一，因此搭配可以偵測距離的接近感測器和距離感測器就是基本的規(guī)格，再者，許多的廠房內(nèi)的AGV都有固定的行進路線，所以通常會在路線貼上磁性的標線工AGV感應，因此磁性感測器也成為AGV的必備功能。

而隨著技術的提升和自動應用的深化，AGV也開始導入更高階的感測器元件，來實現(xiàn)更加智慧化的功能，包含使用像是雷射光達技術和影像辨識鏡頭等，來建立環(huán)場的影像資料，讓用戶無須再貼設磁性標線，AVG就能夠自動化行進，而影像鏡頭也可以讓AVG具備「視覺」的功能，更智慧化的避開障礙物。

圖3 : AMR搭載的鏡頭與影像感測器的數(shù)量較多，同時也會具備接近感測器或光達感等，用以防撞和避障。。

不同於AGV以輸送為主要的功能，AMR則是一個功能更多樣化，同時應用場域也更寬廣的自主移動設備。AMR能配合產(chǎn)線與流程的需要，客制化成不同的形態(tài)與功能，例如結合機器手臂，就能成為可以上下料的移動型協(xié)作機器人；或者搭配托盤與存放盒，變成送餐的服務型機器人。

也因為應用多元與廣泛，AMR所使用的感測器也有所不同，例如搭載的鏡頭與影像感測器的數(shù)量較多，同時也會具備接近感測器或超音波感測器等，用以防撞和避障。而用於較大場域面積的機型，則會進一步結合雷射光達的感測系統(tǒng)，用來建立高解析的地圖與導航。

由於所運行的環(huán)境較復雜，同時處理的工作也更多樣，所以AMR常常需要更高程度的自主控制，因此像是人工智慧的辨識系統(tǒng)以及動態(tài)偵測的規(guī)避系統(tǒng)，都幾??成為AMR的標準配置，這也直接提升了對感測器性能與數(shù)量的需求。

整體來說，包含AMR與AGV在內(nèi)的移動型機器人市場正在快速的成長中，并成為感測器應用的重點市場。LogisticsIQ市場研究報告就指出，預計到2027年移動型機器人（AGV 和 AMR）的市場規(guī)模將達到180億美元以上，AGV和AMR的成長率分別約為 24%和43%。而到2027年時，AGV和AMR的整體安裝數(shù)量將突破240萬臺，讓移動型機器人成為未來工業(yè)營運的新常態(tài)。

結語

無庸置疑，感測器的使用與配置就是智慧制造基礎建設中的一環(huán)，它是賦予機具設備感知能力的關鍵設置。而隨著智慧應用的枝開葉散，未來廠房內(nèi)的所有機具設備，也都將導入感測器的使用，從最基礎的電力狀態(tài)、溫濕與時間叁數(shù)的監(jiān)控，到復雜的影像與環(huán)境的偵測與識別，甚至是自主控制的人機協(xié)作等，都離不開感測器的使用，而處處也都會有智慧感知應用的身影。