作者：Jack OmniXRI
今年六月份 Nvidia 黃仁勳執行長在 Computex 2024 刮起一陣旋風，不僅帶來了各項 AI 前沿技術，更當起了台灣推廣大使，除了拼命走訪各地夜市推銷美食外，更將台灣各領域的伙伴們介紹給全世界認識，讓大家更了解台灣在 AI 的實力。
此次除了發表了開發 AI 所需高效硬體外，同時也介紹了數位孿生(Digital Twin)最佳工具 Omniverse，它不僅可適用於各種場景及機器的靜態模擬，更能幫助如自主移動機器人(Autonomous Mobile Robot, AMR)、多軸機器手臂(Robotic Arm, RA)建立足夠的測試資料集，以利在真實世界智慧視覺辨識及運動控制的表現。而搭配上述技術中最令人驚豔的就是此次壓軸的「人型機器人(Humanoid Robots, HR)」，讓大家深感科幻電影中的場景就要實現了。
Fig. 1 Nvidia 於 Computex 2024 展示的人型機器人技術及合作伙伴清單。[1]
由於人型機器人所需應用的技術非常廣泛，包括工業電腦、智慧感測器、機械手臂、傳動控制、機器視覺、語音辨識及各項 AI 技術，剛好又有很多自動化相關廠商在 Computex 上都有被點名到，因此小道消息盛傳黃執行長會出席今年台北國際自動化工業大展[2]，雖然最後仍然沒有現身，但從絡繹不絕的參觀人潮及各家媒體的大力報導來看，大家對於工業或家用機器人整合最新 AI 技術仍有很大的幻想空間。
如同先前文章介紹過的，廣義來說，只要不上網就能獨立完成 AI 推論工作，就算邊緣智慧(Edge AI)裝置。而智慧機器人（含AMR, RA, HR）就是很常見的應用，當然有時遇到如對話分析或者現場資訊交換等較複雜的問題，則部份使用雲端服務也是很常見的。
為了讓大家能更了解此次自動化展智慧機器人相關技術，以下就分別從「智慧機器手臂」、「輪型機器人」、「多足型機器人」及「人型機器人」等四個大類為大家介紹。
1. 智慧機器手臂
「傳統機器手臂」，主要目的為精準取放，只需多軸向正交運動加上吸嘴或夾爪即可，所以外觀上不一定要像人的手臂，常見作法有三軸正交型(XYZ)、龍門式(XZ+Y)、多旋轉軸式(Scala)及三角洲式(Delta)。其優點是容易設計製作，缺點式彈性較小，相關運動路徑及移動速度需人為設定。當遇到在空間中兩點任意軌跡移動時則很難透過人為設定。
「協作型機器手臂」，通常會選用類人手臂型式多軸（多關節）機械手臂，主要解決空間中任意多點移動問題。此類手臂所有軸關節的馬達都自帶編碼器，可隨知得知其運動角度。當開啟教導模式時，馬達會放開激磁狀態變得鬆軟，再由人手帶著移動到下一個指定空間位置，系統同時會錄製所有軌跡及座標（馬達移動距離），結束教導後即可進行運行模式，可輕鬆復現教導路徑，還可重新調速。而缺點是定位不夠精準，適用於像噴漆、焊接、拋光、復建等用不到公釐(mm)定位的工作。
「視覺型機器手臂」，為了讓機器手臂也能像人類一樣手眼協調，適用更多視角變化，近年來很多智慧機器手臂也開始加入眼睛，即攝影機。依不同用途，會採用攝影機不動的「外掛式」及攝影機隨著機器手臂移動的「跟隨式」，而攝影機也會依不同用途採用 2D 灰階/彩色攝影機或 3D 立體視覺、結構光、光飛行時間（1D/2D/3D雷射測距）等相機。
通常此類手臂可配合夾爪加上機器視覺或 AI 算法來進行高精度定位、不規則物件堆放的精準取放、多視點取像物件偵測或瑕疵檢測，甚至完成輸送帶連續運轉的追蹤取放等工作。當然此類機械臂亦可配合協作機器手臂的教導方式，只要簡單定位起迄點，剩下的就交給視覺計算。
Fig. 2 2024自動化展視覺型機器手臂相關參展商品。[3]
（2024 自動化展視覺型機器手臂相關報導影片。 影片來源：Youtube, 如遭刪除敬請見諒）
2. 輪型機器人
「自動導引車（Automated Guided Vehicle，AGV）」，推出已有數十年，亦大量被應用到工業界，主要用於高精度定位的搬運工作，如果車上搭配機器手臂時，就能處理更複雜的搬運工作。此類車輛一定要在地面鋪設軌道（鐵軌、磁條、彩色膠帶等），只能在特定位置停駐取放，遇到人為闖入行徑路線時可能僅有緊急停止的保護措施。
「自主移動機器人(Autonomous Mobile Robots, AMR)」，近年來受惠於半導體及 AI 技術日新月益，不需在地面鋪設軌道也能完成自動搬運的工作。通常車上會配備小型工業電腦或單板微電腦，加上多組 2D 彩色攝影機、 3D 光達（雷射測距）及各式感測器（如超音波等），運行特定的作業系統（如ROS2, RTOS等）及程式庫，就能完成自主移動控制、視覺避障（停止、繞行等）、地圖建置及定位（SLAM）、自動導航、返航充電等工作。而當遇到同一場域有數十到數百組自主移動機器人同時運行時，除自身移行保護能力外，有時還要搭配雲端遠程交通管制以免塞車。
目前 AMR 常化身各種不同形式的外觀及應用，最常見的就是二至四輪式底盤加舉昇（將物件頂高）機構，類似家用掃地機器人，而根據不同場地會使用橡膠輪胎、麥克納姆輪（萬向輪）甚至類似挖土機的履帶。
當底盤加上一些層架、螢幕、機器手臂就能馬上化身成送餐、迎賓甚至半身式類人型機器人。相同技術在工業界中，亦可轉變成自動堆高機、跟隨車、自動倉儲搬運車等，有時還會整合其它系統，讓 AMR 也能跨廠區、跨樓層移動。
Fig. 3 2024自動化展自主移動機器人相關參展商品。[3]
（2024 自動化展自主移動機器人相關報導影片， AMR 無線充電站(04:38 ~ 04:53)、舉昇型 AMR (06:18 ~ 06:59)、斜坡移動自動補償拖盤角度 AMR (08:57 ~ 11:17)。 影片來源：Youtube, 如遭刪除敬請見諒）
3. 多足型機器人
1999年索尼公司(SONY)推出第一隻家用娛樂用機器狗「AIBO」。2005年波士頓動力公司在美國國防高等研究計畫署(DARPA)出資下研發出第一隻動力平衡的四足機器人，由於外觀類似狗因此得名「機器狗」。它主要模仿四足動物走路方式，可在複雜地形上移動，近年來幾經波折，未能展現出軍事用途優勢，開始轉入民間及工業用途。
歷經多年努力，今年五月底在台大機械系郭重顯教授領軍下，台灣第一台自主研發的機器狗「NTU DogBo」正式推出。它結合機電工程、步態生成、自主導航及各項人工智慧算法，可適用於工業巡檢、物品運送、災害求助等應用。而這些技術有很多源自於 AMR，而最大差別就是在運動感知及馬達控制。
此次自動化展已有數家代理相關產品進入台灣市場，不僅會跑會跳，還會站會翻筋斗，充份表現其運動的靈活性。另外部份還有搭載影像辨識系統，可用於物流盤點等用途。
Fig. 4 2024自動化展多足機器人（機器狗）相關參展商品。[3]
（2024 自動化展多足機器人（機器狗）相關報導影片。 影片來源：Youtube, 如遭刪除敬請見諒）
4. 類人型機器人
在許多科幻電影中都常會看到類人型的服務機器人出現，如「變人(Bicentennial Man)」、「機械公敵(I, Robot)」等。今(2024)年 Computex 上 Nvidia 執行長黃仁勳秀出人型機器人概念機，同時點名許多台廠，不禁讓人充滿聯想，人型服務機器人時代真的到來了嗎？
目前全世界對這項議題爭相開發相關先沿技術[4]，尤其在人工智慧方面，期待機器人能像真人一樣直接對話，且具備像真人的靈活手指操作。雖然現實狀況仍有許多待改善地方，反應仍有些遲鈍，但相信再過幾年應該就會達到應有的水準。
目前工業界多半僅需要使用傳統或視覺型機器手臂就能完成大部份的工作，因此對於人型機器人仍抱持觀望態度，未能大力引進相關技術投入生產。此次展覽沒有較完整的解決方案，或許可以參考今年美國 Figure 公司推出的 01 及 02 原型機影片來一窺未來的趨勢。
Fig. 5 世界各國類人型機器人[4]及2024自動化展相關參展商品。[3]
（Figure 01 相關影片。 影片來源：Youtube, 如遭刪除敬請見諒）
（Figure 02 相關影片。 影片來源：Youtube, 如遭刪除敬請見諒）
小結
此次自動化展雖沒有太多人形智慧機器人相關內容展出，但其核心技術如各式機器手臂、2D/3D 機器視覺、3D 場景地圖建置導航、輪式移載平台運動控制、語音對話引擎、離線高算力裝置及各種 AI 辨識應用皆已到位，對於工業用途及基本服務型機器人已能逐漸滿足需求，相信不久的將來隨著類人型智慧機器人需求的普及，這些技術也能很快轉移，屆時科幻電影中家家戶戶都有服務型機器人就不再是是夢想了。
參考文獻
[1] Nvidia, NVIDIA CEO Jensen Huang Keynote at COMPUTEX 2024 (Youtube)
https://youtu.be/pKXDVsWZmUU
[2] 2024 台北國際自動化工業大展官網
https://www.chanchao.com.tw/AutomationTaipei/
[3] 2024 台北國際自動化工業大展參展商品
https://www.chanchao.com.tw/AutomationTaipei/visitorProduct.asp
[4] Azamat Abdoullaev, Humanoid AI: Commercial Propaganda, Fake News, Big Lies, Deepfakes: How Did We Get Here and Where Are We Going?
https://www.linkedin.com/pulse/humanoid-ai-commercial-propaganda-fake-news-big-lies-how-abdoullaev-a30hf/
延伸閱讀
[A] 許哲豪，【課程簡報】20240913_園區廠商人才培訓課程#2_從2024自動化展看智慧機器人發展趨勢
https://omnixri.blogspot.com/2024/09/2024091322024.html
（本篇文章經同意轉載自vMaker，原文連結；責任編輯：謝嘉洵。）
主持歐尼克斯實境互動工作室(OmniXRI)：http://omnixri.blogspot.com
Edge AI Taiwan邊緣智能交流區：https://www.facebook.com/groups/edgeaitw/
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