工業技術研究院機械與機電系統研究所 - tami · 2016-11-28 · copyright...

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工業技術研究院機械與機電系統研究所

(MMSL)

Nov., 2016


願景與研發重點 •願景

– 成為「智慧化、綠能化、精微化」先進機械的卓越研發機構

•研發重點

職員：531人 (博士19%，碩士49%) ；專利：2,700件

安全輔助與自動駕駛系統

車輛動力系統

機電整合系統

(2016年11月1日)

智慧機器人與自動化先進製造

先進車輛


智慧機器人與自動化開發機器人、感測、控制等整合技術


辨識3D物品的機器人

•開發3D 影像技術

– 非平行立體視覺

– 高精度 3D 協調估算

– 物品辨識與抓取資料庫

– 檢測物品表面的空隙/距離差異/不良品

•應用於3C及金屬製品生產線

– 3C/金屬製品的取放 (堆疊的鎳片, USB 導線/插座, 水五金 )

– 刮痕、毛邊、幾何尺寸檢測

開發影像導引機器人處理零組件的取放作業

3D 影像導引機器人

運用於金屬製品的取放作業


水五金工件研磨路徑生成

水五金生產線研磨試運轉

水五金工件機器人研磨模擬

虛實整合製造系統 -水五金研磨機器人-

CPS 機器人研磨測試


協同作業安全機器人

• 符合ISO/TS 15066協同作業機器人安全要求 (制定中 )

• 分散式防撞感測器包覆於機器手臂外部

• 以觸覺感測信號進行資訊傳輸彈性觸覺感測器陣列模組

- 人機共工之基礎 -


可抑制上肢顫震的機器人輔具 -改善顫震患者的生活品質-

• 台日合作開發產品(工研院、早稻田大學、菊池製作所)

• 內側裝有高敏銳觸覺感測器的上肢機器輔具，可抑制手臂顫震現象

• 智慧控制改善患者手軸彎曲與伸展的動作，提供更佳生活品質

2015 R&D 100 Awards


外骨骼機器人 -協助脊椎損傷患者重獲行走能力-

•技術特色 –以患者之身體參數，客製化行走步態

–以人機運動演算法，獲得最近健康人的步態參數，實現更舒適行走模式

–與台大醫院、佐賀大學醫院等台日醫療機構進行實驗驗證

•產品規格與功能 –重量: 20 公斤

–最高移動速度: 100 公分/秒(依個人條件)

–電池續航力: 3.5 小時

–行動模式:站坐轉換、平路行走、上下樓梯、上下斜坡

–適用對象:手部與肩部功能正常者

–適用身高:155~180公分

外骨骼機器人於工研院進行實驗測試

第一代外骨骼機器人第二代外骨骼機器人

2016 R&D 100 Awards


機電整合系統 - 開發薄膜沉積及圖案化製程設備、

先進馬達及驅控器等技術 -


透明導電膜TCO常壓電漿沉積技術

非真空大型基板薄膜沉積技術採用環保、親水性 GZO前驅物以取代含有毒物質的 ITO材料

節省30%能源消耗、減少50%材料使用量(相較於ITO )

透明度由85%提升至90%; 電器阻抗由

200降為150Ω/ □

採用mask stepper的圖案化環保製程(

製程由3道減為 1道; 最小線寬≦200μm)

在非真空環境下以常壓電漿(AP) 製作透明導電膜 (TCO)

Items Prior art Current status

TCO ITO (vacuum) GZO (AP)

Resistance ≦200ohm/sq ≦ 150 ohm/sq

Transparency ≧90 % ≧ 90%

Haze ≦ 1 % ≦ 1%

Uniformity ≦ ±10% ≦ ±10%

Line width 20~200μm ≦ 200μm

2012 R&D 100 Awards與華爾街雜誌 TIA 獎

1. ITO Vacuum Sputtering

2. Lithography

3. Etching/cleaning

ITRI AP deposition

in ambient

environment

能源使用量

材料成本

0.7

1

0.5 1

2012 WSJ

TIA

1100 x 1400 mm silica

coating glass

G5 Size AP PECVD專利型電漿頭設計

G5.5 AP PECVD設備 TCO製程技術比較表


•技術特徵 – 應用LCD導光的逆向設計概念(平面光源線光源) – 發電效率: 90~ 140 Wp/m2 – 採用寬入射角度 (±30°)，僅使用約 10% 太陽能電池，免除追日要求

Side-Lighter 透明發電窗 2012 R&D 100 與華爾街雜誌TIA獎

具微結構導光板太陽能發電窗

只使用10% 太陽能電池

90% 太陽光導入玻璃

(10% 太陽能電池 + 90% 玻璃導光板)的發電量約等同於

使用100%太陽能電池的發電量節省30% 發電成本

2012 WSJ TIA

2012 R&D 100 Awards


雷射誘發金屬化3D天線技術平面、積層、曲面

• 應用於3D曲面上多層細線寬天線製作

− 開發高分子印刷材料，符合高頻天線所需之高絕緣低損耗要求

− 線寬≤ 30 μm的3D圖案化技術，已於4G MIMO天線開發上完成實驗驗證(效率達50%)

− 與資通所合作布局5G 天線專利，輻射效率驗證可達59.89% @ 11 GHz

3D substrate Nanoparticle activation ink injection coating

Laser patterning 3D antenna electro plating

1 2

3

4

5

GPS 天線

通訊天線(GSM850/900/1900/1900;

WCDMA850/900/2100)

Bluetooth 天線

Wi-Fi MIMO 天線

無線網路天線

1 22

33

44

55

GPS 天線

通訊天線(GSM850/900/1900/1900;

WCDMA850/900/2100)

Bluetooth 天線

Wi-Fi MIMO 天線

無線網路天線

* 2015 R&D 100 award finalist


先進馬達與驅控器技術支援高階機械應用

核心技術

關鍵產品

產業應用

高馬力馬達

伺服馬達驅控設計

Seamless AVM

加工中心機樓梯升降椅直驅馬達旋轉平台機器人輔具相機

直驅馬達薄型馬達

FPGA

馬達控制器與運動控制晶片

多重物理馬達設計分析馬達與驅控器設計多軸驅控系統設計

速度閉迴路PI

電流

命令濾波

電流閉迴路PID

M速度

命令濾波

PGAB相四倍頻

速度計算

速度濾波

位置閉迴路PI

位置

前饋增益

位置

前饋濾波

位置

命令濾波電子齒輪比S/T-CURVE

加速度增益

加加速度增益

速度增益

位置偏差

計數器++

++ +

-- -

+

位置

誤差判斷

到位

零速輸出

HOME

JOG

加速度速度

前饋增益

+

前/後加減速

HardLimit

工具機產業其他產業

../../D300車輛安全/HAITEC_final report/20120717_AVM.mpg


FluxMergeTM 薄型馬達技術 2013 R&D 100 Awards

FluxMege (comb-drive AxialFluxPM)

rotor stator

coil

AxialFlux Switch-

reluctance motor AxialFlux stator

with FluxMerge

•直接圖案化電極製程－Comb-drive 樣式

－適用範圍: AC or DC, 感應式/PM/RM, 徑向或軸向磁通量

•功率密度改善－縮小體積但不影響效率 (適用樓梯升降椅)

－扭力變化小(適用高慣性薄型馬達)

•實績 • 雙面氣隙薄型馬達: 400W@1200rpm, L/D

0.18, 效率 90.2% (IE3+)

• 一體化啟動機發電機: 11KW@3,000rpm,

L/D 0.35, 效率 92%

• 磁阻馬達: 500w@14,000rpm, 效率86%


車輛動力系統 - 開發高效率動力模組、充電電源模組-


電動車關鍵模組

•開發電動車動力系統，電源管理等關鍵模組 – 輕量化電動動力模組 – 高效率電源管理系統 – 商用電動車、電動機車、輕型電動車與助力腳踏車的關鍵模組

輕型電動車

動力馬達

馬達控制器延距發電機

薄型馬達

充電系統

電動助力腳踏車

商用電動車電動機車 Wheel motor

關鍵模組與零組件


高安全性電源不會起火爆炸的電池

核心技術 • 電源管理 (充電與放電) • Soft-switching topology與控制

關鍵模組與零組件 • 高安全鋰鐵電池組

– STOBA-inside Li-ion cells – UL 2580 相容性 – 具衝擊防護功能的電池組外殼設計

• 直流與交流充電系統 – 96% on-board charging efficiency – On-demand charging load control – SAE J1772 相容性 – UL 2202&2231 相容性

高安全性電池模組

充電系統


安全輔助與自動駕駛系統 - 開發影像導引安全防護與自動駕駛技術 -


6

LDW/FCW - ISO 17361/15623

Blind Spot Detection

24 GHz Radar - FMCW type - Low Cost

Seamless AVM

Rear Object Detection Parking Guide System

Rear Collision Warning

Rear LDW

Rear Blind Spot Detection

See Through Technology

ADAS先進駕駛輔助系統

Intelligent Display System

../Local Settings/D300車輛安全/ADAS Video/FCW_20 secs.wmv

../../D300車輛安全/ADAS Video/ROD.wmv

../../D300車輛安全/ADAS Video/See-Through_short.avi


全周影像安全技術(AVM) - 消除全車周圍的視角盲點 -

• 以4個寬角度鏡頭觀測車輛周遭的俯視影像

• 影像無接縫連接可消除90% 視角盲點

技術特徵

• 全周可視距離: 1.5 ~ 2 公尺

• 自動校準技術: < 60秒 (專利)

全周影像嵌入式平台 (符合ISO 7637-2, 16750 標準) 無縫接合全周影像原始鏡頭影像

• 照度均勻度和色彩混合 : 95%

• 符合ISO 7637-2, 16750車輛標準的嵌入式平台設計


駕駛模擬實驗室

自動駕駛開發平台

自動駕駛車平台

Auto Pilot Controller Camera

IMU

EPS

Braking Actuators

Lidar

VCU/MCU

Antenna

RADAR

Camera

Camera

DGPS

影像感知 +控制 +驅動


自動駕駛道路實驗

Lane Keeping

Stop for Cut-in

Bicycle Slow down for

Bump

Stop for Stop-

line

../../FY104科專/2015策略型前瞻/Produce_2.wmv


• 多焦點相機提供高品質影像(廣角FOV)

• 深度學習模型強化的感知演算法，改善影像感知速率

• 特製控制晶片SOC 縮短了反應時間

ViPS影像感知系統

雲端伺服主機

交通情境資料庫

實際駕駛情境

深度學習的雲端系統

駕駛模擬器

感測數據

深度學習模型

影像與數據

控制器定速駕駛

交通情境

深度學習模型

深度學習影像感知處理器

自動駕駛車輛

ViPS

多焦點相機


創造技術加值效益 - 公益與產業衍生應用-


Shared Vision

Sharing the World

LEAF電動輪椅用薄型動力模組

“足”感心

“一道彩虹”輪椅用移位裝置

身障者使用的智慧烘烤設備遠距互動式導盲背包

直立平衡式救生衣海淡吸管

Ocean Life救生衣

2013

2014 2013

慈悲科技開發-I


慈悲科技開發-II

環保回收設備

攜帶式淨水與熱水器具

自然對流冷卻的帳篷

輕便型多功能小山貓

食

衣住

行

以空氣自然對流設計以降低棚內溫度

太陽能熱水器緊急時清除土石流殘物與平時協助農業

回收機器

Tent inside

濕簾蒸發器自然對流

可攜式淨水裝置方便實用的泡麵

環保製品


產業技術加值服務環保化高階產品

•無毒電鍍、無汙染、無菌處理; 智慧感應設計與綠色製程

新材料、新製程與新表面處理的台製薩克斯風

打造台灣薩克斯風品牌

•導入新材料與創新製程改善產品品質

技術加值數位化手工具

• MEMS技術整合數位化控制核心模組

數位化電動螺絲起子與扭力板手

光固化水龍頭無菌處理水龍頭感應控制水龍頭類鑽石碳化處理水龍頭


研發成效 - 獲獎與國際合作-


• 2016 R&D 100 Awards – 外骨骼機器人

• 2015 R&D 100 Awards – 高敏銳觸覺感知穿戴式輔具(2015)

• 2014 Red Dot Awards − Ocean Life救生衣

• 2013 R&D 100 Awards – FluxMergeTM薄型優化馬達

• 2013 iF Product Design Awards – City Eye城市光影 – Ocean Life救生衣 – LEAP電動輪椅動力模組

• 2012 R&D 100 Awards – Sidelighter透明發電窗 – aePlasma常壓電漿薄膜技術

• 2012 TIA Awards – SideLighter透明發電窗 – aePlasma常壓電漿薄膜技術

City Eye

Ocean Life LEAP

TIA Awards

獲獎榮耀

http://asia.wsj.com/home-page




國際合作

•前瞻研發合作 –學術單位

北美洲: UC柏克萊, 密西根大, 維吉尼亞科大, 麻省理工, 加拿大BC大

歐洲: 牛津大,雪菲爾大,貝斯大,莫斯科大

日本: 東京大,早稻田大,慶應大,名古屋大,大阪大, 佐賀大

–研發機構北美洲: UL, NIST

歐洲: Fraunhofer, TUV

日本: AIST, NIMS, Riken

•產業技術合作 –北美洲: 康寧, VisualSize, ICA, Airproduct

–歐洲: R+P, FIDIA, MANZ, Linde, Ricardo,

–日本: 日本電產, Panasonic, 優貝克, 太陽誘電, 日產, Disco, 三菱電機, 菊池製作所

每年平均執行 20個國際合作計畫


The End

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