也因為機器手臂的泛用性遠高於大多數自動化設備，因此在自動化產業朝「柔性化」目標發展的過程中，機器手臂的進展至為關鍵。「柔性自動化」跟傳統自動化的差異在於，柔性自動化的機電整合程度比傳統自動化高，具有更大的可編程特性，故能靈活應對少量多樣的生產需求。這點對於中小型製造業導入自動化十分關鍵，因為大多數中小型製造業都屬於少量多樣生產，傳統自動化技術不見得能解決中小型製造業者所面臨的問題。
另一方面，自動化技術終究有其極限，因此許多日本機械業者跟學術研究單位都開始將研發方向放在「人機結合」上，亦即用穿戴式的機械設備來輔助人類作業員執行任務。在五花八門的穿戴式設備中，可以幫助人類節省力氣的外骨骼裝，可說是商品化進度最快的產品。
提高手臂應用彈性 前端工具設計更見巧思
機器手臂是一個相對封閉的產業，不僅每家手臂品牌業者都有自己偏好的通訊協定，甚至連手臂前端與夾爪等工具配件銜接的法蘭(Flange)，都採用不同的設計規格，這使得系統整合商(SI)或使用者在導入機器手臂時，均面臨許多問題。手臂前端工具的規格若能統一，將有助於加快機器手臂應用的導入速度，並降低成本。這也是OnRobot正在努力的方向。
OnRobot執行長Enrico Krog Iversen(圖1)表示，由於每家機器手臂業者都有自己專屬的軟硬體介面，因此目前絕大多數的機器手臂前端工具，例如夾爪、吸盤等，常常得採用高度客製化的設計。
但高度客製化也使得這類前端工具的一次性工程(NRE)成本增加，並使其不容易因應產線需求改變而調度。這些問題的存在，使得機器手臂的應用受到極大限制，也讓OnRobot看到機會。
為打破各家機器手臂品牌無法互通的限制，OnRobot提出手臂前端工具統一平台的概念，要讓所有機器手臂的前端工具都能跨廠牌通用，進而使SI跟使用者能更快實現應用導入。在硬體層面，針對不同手臂品牌，OnRobot推出對應的快拆式法蘭轉接器，並內建通訊協定轉換晶片，以便讓前端工具跟手臂之間得以建立通訊連線；在軟體層面，OnRobot則提供專門用來控制夾爪、吸盤等前端工具的應用軟體或軟體開發環境，讓自動化工程師得以快速完成程式編寫作業。
Iversen表示，由於OnRobot還是一家很年輕的公司，因此在軟體層面的整合，還需要一些時間來推動。OnRobot的目標是要與目前市場上絕大多數的手臂品牌實現深度整合，也就是讓前端工具的控制設定，就像使用手機App一樣直覺、方便。目前OnRobot的前端工具已經跟Universal Robot(UR)的協作手臂實現深度整合，在UR的軟體環境裡，可以直接呼叫OnRobot的前端工具App，以非常直覺的方式來設定前端工具的控制參數。預計到2020年5月，OnRobot將會與大多數手臂品牌業者實現類似的深度整合。
除了打破手臂品牌之間的藩籬外，OnRobot目前還有另外兩項重要工作正在推動中，其一是擴大通路合作夥伴的數量，另一個則是增加前端工具的品項，以滿足更多樣化的手臂應用需求。目前OnRobot的產品只透過通路合作夥伴銷售，全球約有400家合作夥伴。預計到2020年底前，全球合作夥伴的家數將達到800家。
另一方面，OnRobot也計畫在2020年結束前，再推出30種不同的新產品，以滿足使用者的需求。這些新產品不一定是前端工具，也包含各種感測技術。Iversen認為，感測技術將是機器手臂與其前端工具未來發展的重點。唯有讓手臂或前端工具具備類似人類的感知能力，才能讓機器手臂得以靈活運用在更多應用場景中。
此外，前端工具本身也應該提升整合度，讓使用者更容易導入。舉例來說，目前很多吸盤類的夾爪都還需要搭配外接空壓機才能使用，但這不僅會占用更多空間，也會增加走線的複雜度。有鑑於此，OnRobot在iREX展期間發表了一款輕巧型電動真空夾爪VGC10(圖2)。該夾爪是一款可模組化彈性配置，適用於絕大多數應用的小型夾爪。
VGC10是以VG10真空夾爪為設計基礎，但VGC10的外型更加輕巧，能應用於狹窄的環境和更小型的機械手臂，且負重高達15公斤。VGC10不僅能實現開箱快速部署，更透過方便調整的吸盤、可自由增添或更換的吸盤臂等，提供多樣的客製化可能。具模組化的特色讓此一新型夾爪即便裝配在負重量較小的機械手臂上，也能順利完成大批量地抓取及移動小巧、多面和重型物件的任務。
VGC10包含兩個可獨立控制的真空通道，使其具備雙重抓取功能，可在單一動作中同時執行物件的撿取和置放，進而提升效率並縮短週期時間；若僅使用單一真空通道，則能使夾爪的所有部件一致行動以提高抓取效能。此外，VGC10不需安裝空壓機或外部氣源，可省去製造壓縮空氣所產生的成本、噪音、額外裝設空間及維修需求，也讓此款夾爪更容易裝配和移動。
外骨骼裝搶進iREX展商品化進展快速
這次iREX展上除了各種機器手臂之外，展出外骨骼裝的新創業者也不少，且值得注意的是，許多開發外骨骼裝的業者都跟大專院校有一定程度的關聯性，顯示生醫與機械、電子產業結合，將是一大趨勢。另一方面，由於外骨骼裝並非醫療器材，而是產業用設備，因此這些產品開發完成後，很快就能量產上市，不像醫療輔具需要通過嚴格的醫材審核規範。
在本次iREX展中，由東京理科大學教授小林宏創立的INNOPHYS，就展出了由壓縮空氣驅動的Muscle Suit外骨骼裝(圖3)。目前這類可以讓穿戴者在搬運重物時節省力氣的外骨骼裝，多半是以McKibben氣動人工肌肉作為核心技術。這種人造肌肉在放鬆時是長條狀的管狀橡膠，但只要對其充氣，人造肌肉就會收縮並產生力量。若將這類人造肌肉搭配適當的人體工學設計，配置在正確的位置上，就能幫助穿戴者節省搬運重物時需要出的力氣。
氣動人工肌肉並非近年才出現的發明，早在1950年代就已經被發明出來，並運用在義肢上，1980年代時，輪胎大廠普利司通(Bridgestone)將其改良並商品化，而成為目前許多軟性機械跟外骨骼裝所使用的致動單元。但也因為這種人造肌肉是以壓縮空氣作為動力源，因此大多數採用這類人造肌肉的設備，都必須搭配空壓機使用。
INNOPHYS的設計之所以特別，在於其壓縮空氣並非由空壓機產生，而是靠內建的手動唧筒來壓縮空氣。使用者穿上Muscle Suit之後，需要按壓唧筒約40次，Muscle Suit才會產生效果。雖然不像內建空壓機的外骨骼裝那麼方便，但相對的重量也輕了許多，整套外骨骼裝的重量僅3.8公斤，且據業者宣稱，按壓唧筒40多次所產生的壓縮空氣量，在一般狀態下就足以使用一整天，而且使用者隨時都可以幫外骨骼裝打氣，延長設備的使用時間。此外，因為整套設備完全都是機械結構組成，因此防水防塵等級可達IP56，遇到下雨、下雪或有水花噴濺的作業場所也沒有問題。
沒有電池跟空壓機的設計，也讓Muscle Suit的價格得以壓低到14萬日圓(接近新台幣4萬元)以下，讓外骨骼裝變成一般家庭也能負擔得起的設備。INNOPHYS認為這點非常關鍵，因為在日本成為超高齡化社會之後，有許多行動不便的老人需要長期照護，但視每個老人家的狀況不同，有時看護是非常需要體力的工作。此外，在很多情況下，不是年輕力壯的人來照顧長者，而是也已經有點年紀的中壯年者在擔任看護工作。因此，產品價格必須要壓低到一般消費者也能負擔得起的水準。
不過，除了基於人工肌肉之外，也有基於馬達驅動的外骨骼裝。例如豐田集團旗下的JTEKT，就在iREX展上展示了內建電池的電動外骨骼套裝J-PAS Lumbus(圖4)，不含電池的本體重量約4公斤，電池續航力則為4小時以上。
據筆者實際穿戴後搬運重物的感受，穿上J-PAS之後，要搬起20公斤的物體幾乎是不費吹灰之力，因為在舉起重物的瞬間，外骨骼裝會產生一股向上的拉力，幫助使用者從蹲姿轉為站姿。但也因為J-PAS Lumbus是由電池跟馬達驅動，因此其輸出力量會比採用人工肌肉的外骨骼裝來得小，約為30牛頓，防水防塵等級也僅達到IP55，略遜於採用人工肌肉的類似產品。
除了已經商品化的外骨骼裝之外，在本次iREX展中，由日本中央大學理工學部教授中村太郎等人所創立的新創公司Solaris，亦展示了改良型的氣動人工肌肉裝置，為各種工程應用及高強度外骨骼裝的發展打下基礎。
相較於現有的McKibben型人工肌肉，該公司的人工肌肉外加了與軸方向水平的纖維來進行結構強化，使其人工肌肉能夠承受更大的力量，並且變得更耐用。據Solaris提出的測試數據，其軸方向纖維強化型人工肌肉(圖5)能承受的力量可達2,100牛頓(N)，且使用壽命可達80萬次循環。這使得這類人工肌肉不僅可以用在外骨骼裝，還可以應用在管道檢查或地底探測用的蚯蚓型機器人、固體或高黏性流體的運輸，例如工程現場的砂石運輸管等場景。
Solaris也已經利用這款改良型的人工肌肉開發出可以提供更大輔助力量的外骨骼裝原型，主要是針對下肢運動提供輔助，不過，因為其輸出力量更大，因此不像INNOPHYS的外骨骼裝可以手動充氣，必須要用外接空壓機來提供壓縮空氣，預定的使用場景也將以工業或工程作業現場為主。至於在毋須外部動力源的外骨骼裝方面，Solaris目前已開發的產品是針對上肢運動所設計，主要鎖定的是農業應用。
雖然外骨骼裝有許多跟殘障輔具類似的地方，也跟人體有非常緊密的接觸，但因為其主要功能是幫使用者節省力氣，因此不被認定為醫療器材。這讓外骨骼裝製造商可以免去冗長的醫材認證程序，依據使用者的回饋，不斷推出更切合實際應用需求，且價格更低廉的新產品。另一方面，隨著日本社會高齡化程度越來越嚴重，日本政府正有計畫地推動老人回歸職場，未來日本中高齡勞動人口勢必只增不減。這類能幫助使用者省力的產品，未來將有相當可觀的市場需求。
