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【機器人講堂】機器人好多種,該怎麼分類呢?

作者:阿里哥

在科學及工程的領域裡,世界上的萬事萬物都需要被分類,都應該能被歸屬在某一個目錄或子目錄裡頭。機器人當然也不能例外。

自20世紀中期出現的第一台現代機器人後,隨著相關技術的快速演進,時至今日,機器人已廣泛地被應用在許多不同的領域,來協助或取代人類完成各式各樣的工作。依照不同的需求,將機器人做出不同的分類,以達到有效區分或辨識他們的目的。

但因為各自的需求不盡相同,所採用的機器人分類方法,經常也大不相同。例如:機器人所應用的產業、服務的對象、外觀的形式、移動的方式等。機器人演變出太多不同的樣式,不太可能在一篇文章中就能將這些機器人一一介紹。因此,我挑選三個對機器人入門較有幫助的分類方式出來聊聊。

依提供勞務類型分類

第一種分類方式,是依照機器人能提供勞務協助做為區分依據。主要分成兩大類:協助製造產品、製造加工類的工業型機器人和提供各類服務的服務型機器人

工業型機器人主要運用在協助或代替人類執行具危險性、需求大量勞力、高重複性及要求極精密動作等類型的工作。這類型的機器人最終目的是協助人類製造產品進而獲利。因此,會特別要求機器人在動作執行上的精準、快速和可靠度等特性上。

工業型機器人,圖為KUKA Robot:KR20(圖片來源

製造加工類機器人又可進一步分成:搬運、機械加工、裝配、包裝及表面處理等等幾大類。過去,許多公司因不堪負擔過高的勞力成本,而不得已需要到海外設廠,現在已然可以借助機器人所提供的勞務,逐步將海外的工廠和生產線,再度移回自己國內進行生產。

服務型機器人則是被用來代替人類提供各式各樣的服務。有別於工業型機器人,服務型機器人是直接或間接對人群提供服務,往往這類的機器人,需要具備對於環境的靈敏較高感知、量測或辨識能力;甚至需要能進一步自行判斷和決定採取的對應或行動,因此也被稱作「智能機器人」。

左:日本智能機器人Paper(圖片來源);右:ASUS Zenbo 家庭機器人(圖片來源

服務型機器人涵蓋的範圍非常的廣泛,依照他們所服務的對象區分兩個子項:專業用服務機器人個人及家庭用服務型機器人

專業用服務機器人的服務對象一般是各種單位、組織或公司,例如:國防用軍事機器人,農業用伐木機器人,醫療用的手術機器人、輔具機器人等;個人或家庭用的服務機器人,顧名思義就是能夠提供個人或家庭,各式各樣支援和服務,例如:最早普及走入家中的掃地機器、提供家中長者心靈撫慰的陪伴機器人、幫助學習的教育用機器人、提供居家安全的保全機器人等。

第一類目 第二類目 第三類目
製造加工類機器人 搬運
機械加工
裝配
表面處理
服務類機器人 專業用服務機器人 國防用途;農業用途;醫療用途;其他用途
個人及家庭用服務型機器人 家務用;娛樂;醫療照護;居家保全;其他類型

依移動的方式來分類

第二種常見分類是依照機器人的移動方式,在設計機器人的平台和外觀評估階段,常會利用這種分類方式作為參考,又可依照機器人所在移動的空間和外觀的類型,各別分為兩個子類目。移動的空間包含地面、水面/水中及空中;外觀的類型包含機械型和仿生型。

現今的機器人無論是上山下海或是外太空,舉凡人類到得了的地方,機器人就能辦到,甚至到達人類到不了的地方,像是極深的海溝,或是遙遠的星球。為了能順利在這些不同空間中移動,機器人需要搭配不同的機構設計和驅動裝置來達成目的。

首先,先依照機器人所活動的空間來做區分。除了分為在陸上、水面/水中和天空移動的機器人外,定點不動的機器人,也單獨被歸納成一類。

第二層類目,則依照機器人產生移動的動力機構設計來區分。有兩大類型:第一類型,是參考並模仿自然界生物(包含動物及植物) 移動方式來設計的類型,或稱為仿生類。例如: 模仿人類使用雙足移動的人形機器人,或是參考袋鼠跳躍的袋鼠機器人等;第二類型,是人類所創造出來的機械裝置,也就是在日常生活中常見的車用輪子、船舶的螺槳或是飛機的機翼和引擎等,都可以歸納在這一類型。

FESTO:BionicKangaroo(圖片來源

仿生科學是一門非常有趣的科學,從生物學的角度出發,藉由研究地球上已演化數百萬年各類生物的生理結構及其功能原理,參考與應用在移發新的機構或是技術上,來輔助或解決目前科技所面臨的技術問題,應用在機器人中,特別著重在各種生物移動的方法和技巧,以達到讓機器人可以更靈活、更有效率的移動的目的。在這一分類中,大家可以參閱先前的文章 — 機器人的移動方式有哪些?有更多討論。

第一類目 第二類目 第三類目
陸上 機械式 輪子;履帶;萬向輪
仿生式 腿;腹足
水面/水下 機械式 螺旋槳;沉浮艙
仿生式 噴水式;振翅式;擺尾式;划肢式
天空 機械式 磁浮式;噴射引擎;螺旋槳
仿生式 雙翼飛行;複翅飛行

依應用的產業分類

第三種是依照機器人所應用的產業來分類。這種分類較為直覺,由字面上就可以了解這些機器人是被應用在哪些領域,也會被應用在和產業研究相關的場合。常見的類別包含: 1. 工業類、 2. 農業類、 3. 醫療類、 4. 軍事類、 5. 家事類、 6. 服務類、 7. 教育類、8. 娛樂類、 9. 太空類、10. 其他類,共十個類別,列表如下:

第一類目 第二類目
工業類 搬運;機械加工;裝配;表面處理
農業類 耕種;修剪;鋤草;施肥(澆水) ;農藥;採收;擠乳;畜牧;伐木
醫療類 手術機器人;醫療照護機器人;遠距照護機器人;陪伴和治療機器人;復健及輔具機器人;給藥機器人;移送機器人;清潔消毒機器人;院務服務機器人;微型醫療機器人
軍事類 戰鬥任務執行;敵方偵察和監視任務;基地防禦任務;戰地工程設施建設;部隊指揮調度;後勤支援;軍事訓練
救災類 氣體及化學物質勘驗;障礙環境搜救;火場搜救;坍塌場地搜救;救火
家事類 居家保全;家事協助;寵物機器人;娛樂陪伴
服務類 公共場所清潔服務;保全;導覽;自動駕駛;搬運等等

在各產業目錄下,依照產業的特性在畫分不同的子目錄。由於思路的不同,大家在這些子目錄的分類上可能會有些許的差異,以下提供幾個例子來幫助大家理解之間的不同:

1. 農用機器人

用來協助農民進行植物的耕種、修剪、除草、施肥(澆水)、用藥、採收、分類及農地監控;或是動物的智能畜牧,擠乳等類別。

2. 醫療類機器人

應用在醫療行業的機器人都能被歸納在這個範圍裡。目的是協助或替代醫事人員,進行診療工作或醫院內部的服務工作,涵蓋範圍相當廣泛。以下列出其中幾種類型,括號內是機器人協助的對象:

  1. 診斷機器人(醫師)
  2. 手術機器人(醫師)
  3. 醫療照護機器人(護理人員)
  4. 遠距照護機器人(護理人員)
  5. 陪伴和治療機器人(護理人員/物理治療師)
  6. 復健及輔具機器人(物理治療師)
  7. 給藥機器人(藥師)
  8. 移送機器人(醫療輔助人員)
  9. 清潔消毒機器人(醫療輔助人員)
  10. 院務服務機器人(醫療輔助人員)
  11. 微型醫療機器人

Intuitive Surgical:da Vinci Surgical System (圖片來源

其中,微型醫療機器人採用的是控制或是移動的機制。這類型的機器人體積需要小到可以在人體內部移動,和外部交流收集到的體內資訊,具有能力移動到目的地,同時具備在達成任務後,安全從人體中消失。這類型的機器人,吸引了許多的研究單位和機構,積極投入這方面的研究。

3. 軍事機器人

軍事機器人的目的當然是協助軍人在爭戰過程中,如何投入最少資源和最低傷亡人數來贏得勝利。依需求可被歸類成下列幾項務:1. 戰鬥任務執行、2. 敵方偵察和監視任務、3. 部隊防禦任務、4. 戰地工程設施建設、5. 部隊指揮調度、6. 後勤支援、7. 軍事訓練。

結語

我們在文中介紹了三種實用的機器人分類方式,分別依照機器人所提供勞務的類型移動的方式所應用的產業類型等三個主題來區分。透過有系統的分門別類,提供我們從宏觀和微觀兩個層面來重新認識機器人。

宏觀上,經由結構化的分類目錄,大範圍的對機器人應用領域,有更全面和完整的認識;微觀上,深入辨識不同機器人個體間所存在的特徵及差異,對於我們學習機器人有很大的幫助。

(本文同步刊載於作者部落格;責任編輯:葉于甄)


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阿里哥

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九號空間創辦人,熱愛機器人,設立九號空間希望能讓人們更容易進入機器人的世界!
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