感測元件整合應用為發展機器人與自動化設計基礎

感測器是發展機器人與自動化的關鍵，若自動化與機器人設備無設置感測器，這些自動化設備僅能依據程式規劃進行固定行為與處理，但若能搭配對應的感測器整合，則可做到偵測真實環境現況主動做出對應處理，甚至搭配人工智能技術開發具智慧的自動化與機器人設備…

感測器精密度、效能持續提升

早期感測器開發受限技術方案限制，使其感測精密度、效能、體積與實用性因此受限，而隨各式感測技術方案競相推出，目前可使用的感測項目、精密度與實用性越來越高。

尤其在後繼而起的MEMS(Micro Electromechanical Systems)技術加入感測器設計行列，使感測器整合邁向晶圓級、積體電路等級的整合領域，不僅元件大幅功能整合與體積壓縮，除使關鍵元件的量測精密提升，也讓關鍵元件的耐用度與功耗表現獲得大幅改善，加上用量增加也使得元件成本越來越低廉。

感測器之於人體，就如同人類身上的感知神經單元，可透過特定元件處理或辨識環境因素，如溫度、距離、大小等，透過感知操作環境的不同訊號，再透過感測器轉換成電壓、電流或是數位數據變化，經由將數據送到中央處理器應用人工智能程式碼完成環境分析、行動判斷與執行後，再傳送動作數據到機器人的伺服器、致動器完成對應動作，而其中感測器的尺寸、精密度、耐用度與功耗表現，即直接影響機器人或自動化生產設備的性能表現，在自動化產業中感測器的重要性不言可喻。

感測器感知技術快速發展  以可建構環境感測基礎

以目前發展相對完整的感測技術，已經能夠滿足環境感測應用的各式感知需求，例如在距離、溫度、壓力、碰觸、影像…等感測能應用，透過各種感測方案的整合，已可建構環境感測的基礎，其餘還需搭配機器人本身的機械與伺服架構整合，加上各式感測元件的整合應用，已可因應特殊用途型、醫療輔具型、照護服務型、公共服務型、生產製造型、家庭服務型、休閒娛樂型等不同應用需求的機器人整合設計需求。

再檢視產業應用機器人或自動化整合應用需求，可以從單軸、多軸機器人、雙臂機器人、機器人作業處理單元等產業應用方案，會應用到的驅動模組方案也相當多元，如多軸控制器、整合型多軸控制器等，而在伺服馬達的應用方案可以在100？1.5KW到更高的7.5KW性能差異，在因應大的加工工件抓取或自動化加工處理，在基礎元件需求方面已有完整的解決方案，而搭配驅動模組方面，除伺服馬達需求外，部分需要高精度的加工工序自動化，則需要精密伺服驅動器搭配減速機等，甚至使用協和式減速機、控制器等搭配整合使用，達到產線的應用需求。

善用感測器整合  提升機器設備智慧化效益

若以機器手臂的持物行為設計為例，除了需要機器夾具、手掌的驅動夾取持物控制外，但針對不同物體持物搭配，就必須準確控制夾物、持物力道，若無感測器搭配控制在面對不同物體持取時，就會出現驅動力道過大甚至損壞持取物體的問題，但若有壓力、碰觸感測器搭配持物程式控制，就能在下達持物取物指令時感測是否機器手臂已順利進行取物，而取物夾具或機器手掌的控制力道可在碰觸到物件後再稍加夾物力道、同時偵測物件重量是否能順利搭配夾持力道進行取物。

除持握、抓取加工件的自動化應用外，感測器使用還可進而整合環境溫度、環境障礙避障等設計目的，讓自動化應用環境整合更完整，例如，若在機器人身上加載溫度感測器，則可感測機器人運行的周邊溫度現況，據此判斷機器人的運作條件是否正常，或進而發展感測服務加工工序環境的溫度是否異常。

感測器多元發展  為機器人建構完整環境感知能力

目前業界常用的感測元件單元，有溫/濕度感測器、特殊氣體感測器、光感測器、壓力/碰撞感測器、超音波測距模組、紅外線測距模組、雷射測距/掃描儀、加速度計、陀螺儀、電子羅盤、RFID、攝影機、陣列麥克風等，而透過這些感測功能整合，可以構建機器人、自動化設備的環境感知能力，搭配人工智能則可整合可以自主操作的能力。

碰觸式感測元件應用多元相對應的方案也相當多，以導覽或服務型機器人來說，碰觸感應元件可以說是避障行走設計相當重要的部分，尤其是近來流行的仿生機器人應用，則需要在仿生物的軟性外殼材料中設置大量碰觸感測元件，透過感測元件的壓力變化、持續時間、壓按方式分析判斷觸摸仿生機器人的型態是輕撫或是拍打，進而產生接近生物的反饋行為趨動表現。

壓力感測器

壓力感測器Round Force-Sensitive Resistor(FSR)的技術方案相當多，有電容式、電阻式、電位計壓力感測方案等，以電容式壓力感測為利用電容兩側電極板，因為受外力壓迫造成電極板距離變化，進而可推導出壓力變化，至於電阻式壓力感測通常使用一套電極板來搭配壓阻式導電性材料，製程上也可運用微機電製程製造對應元件，當應用微機電製程時，元件所使用的壓阻式材料也能以墨水形式附著在極板間，建構壓力感測器架構。

壓力感測器使用也相當多元，例如前述電容觸控元件用於仿生機器人的案例，壓力感測器也常用於仿生機器人或娛樂型機器人身上，只是壓力感測器的成本相對較低，在成本敏感度較高的玩具設計則相當常見用於互動型玩具設計應用中。例如娛樂型機器人可以在身上不同部位設置壓力感測模組，當感測模組受外力壓迫時，該元件就會解析輸出該部位的壓力施力大小。

此外，壓力感應器也常見用於醫療用途，例如運用陣列式壓力感測技術感測身體或是腳底的壓力分佈現況，藉此分析睡眠或是運動足部的身體或腳底壓力變化。

電流感測器

以機器人設計方案來觀察，機器人之所以能驅動、運行，其實是靠大大小小的伺服馬達運行，透過馬達與驅動器整合，使機器人可以做出精細的微小動作變化，而電流感測器是為在驅動器的電源側，透過電子電路測量驅動器的電流變化，若機器人部分機件無設置電流感測器，則很容易因為馬達負載過重造成驅動電流大增，甚至造成馬達故障問題。

電流感測器大多採用霍爾元件整合，應用回授機制保障重要的機件不至於過載故障，當發現驅動器電流超額時即發送訊息告知處理器，停止部分機件運行，避免設備毀損。若馬達為利用脈波寬度調變(Pulse Width Modulation；PWM)運行，當感測器發現電流驟增時，則可透過調變工作週期(Duty Cycle)使驅動器的驅動電流壓低在安全驅動範圍內，避免高電流導致設備故障。