不论是人型机器人还是现在很势头猛的机器狗，驱动机器人肢体灵活运动自如的关键组件是关节模块，一台机器人或机器狗身上往往需要多个关节模块，国内以生产制造马达起家的东元电机看准市场商机，近几年积极投入研发机器人关节模块的研发设计，今年8月才刚在自动化展上秀出机器人关节模块，但是其关节模块设计的背后，AI设计软件提供不小的助力，东元电机首席技术官饶达仁近期在一场活动中分享研发关节模块的秘密。
饶达仁今年1月初才加入东元电机，但是他对于机械动力模块的研发并不陌生，在加入东元电机之前，他在工研院担任机械所所长，曾带领工研院团队投入自动驾驶汽车、无人机，以及后来的机器狗的研发，进入东元电机后担任首席技术官，协助东元电机研发国产的旋转关节模块。
饶达仁相信机器人或是四足机器人未来将成为重要的趋势，从大部分市场研究报告显示，至少有1000亿美元商机，Nvidia首席执行官黄仁勋也对外说，无人机、机器人、自动驾驶汽车相关市场商机应有100兆美元商机，这也是吸引东元电机投入原因。
他加入东元电机后，结合东元的马达制造，先投入人型机器人的关节模块研发，至于机器狗的关节模块也与工研院合作，未来将和工研院共同展示机器狗。接下来，人类身上6大关节模块研发，并投入量产，目标是让关节模块的性能可和欧美的技术媲美，而模块的价格必须与红色供应链一样低，才能竞争世界市场。
AI设计软件助攻
然而传统的马达模块和机器人使用的关节模块，在设计上有何不同？机器人关节模块设计上的挑战有哪些，厂商如何克服？
饶达仁指出，尽管机器人用的关节模块结构大同小异，包括马达、减速器、高精度传感器等，但是因为关节模块的大小不同，放置的位置不同，其设计上也需要作调整，通过设计软件，甚至运用到优化设计。
他表示，传统上马达有两个重要参数，一个是转速（RPM），另一个则是力学上的受力（Torque），一般而言，以转速和受力两者互斥，转速愈高、受力愈小，而转速愈慢、受力愈大；以往机械手臂的需求是快速精准移动位置，因此转速要快，但受力不需那么高，因此以往各种马达设计上，要求快速移动到精确位置的要求。但是机器人或机械狗，当机器人或狗要向上跳起，关节模块需使机器人或狗能够撑起跃，关节模块转速和受力都需要提升，这是机器人关节模块内的马达设计特别之处。此外，除了转速、受力之外，基于机械狗的型体，还需要考虑不同模块的大小和重量，还有价格要有竞争力。
饶达仁进一步说明关节模块研发设计上的复杂性，关节模块除了马达转速，力学上的受力，当马达转速增加，内部的带动齿轮机构是否能承受，如果无法承受就可能因此破坏掉，因此需要力学的分析，另一方面当马达转速提升后，马达本身发热会影响到其性能表现，因此电机、热学、力学彼此之间是相互联动的，东元电机通过设计平台集成这些数据。
“通过设计软件的协助，以及软件提供的优化设计，为设计端节省许多时间，过去可能要花费2、3个月时间，现在一个关节模块可能只要1、2周就能设计出来，并且是优化设计”，饶达仁说。
为了研发关节模块，饶达仁指出，在研发设计端的挑战是同时需要模拟电机、机械材料特性及性能，运转时的震动、噪音、散热的表现，因每个组件之间联动，计算出的数据需要换到另一个组件联动以调试实例，通过设计软件的云计算数据平台，确保数据不会出错，不同工程师能够访问数据，同时也强化安全管控，确保研发数据不会外流。
过去厂商在设计产品时，特别是针对多参数的优化设计较棘手，往往需要手动或半自动调整，不断找出优化设计；饶达仁认为，现在通过设计软件的AI算法，提供几个优化设计方案的选项，再由设计开发人员决定，节省相当多的时间。在产品开发设计时，目前设计软件提供的AI工具，从输入的数据中快速进行分析，为其算法的优势，能够快速提供开发人员优化设计，是AI推动产业创新的好处之一。
熟悉各家设计软件的饶达仁举例说明AI在产品设计上的优势，当产品需要轻量化设计，例如重量要从2公斤降到1.8公斤，开发设计人员可以由AI从大量的材料数据中进行分析，提供优化设计方案让设计人员参考，可能从厂商既有的材料数据中，协助设计人员找出优化设计，或是提出开发人员意想不到的建议。“现在AI真的比以往强太多，它会提出以往想不到的事情”，饶达仁说。
换言之，运用AI辅助产品开发设计，可能提供设计人员可能没有想到的设计概念，另外，AI对使用材料的建议，也可能超出厂商原有的材料数据库，启发厂商使用创新的材料或工法。
另外，应对ESG的净零碳排趋势，材料数据也加入碳费。饶达仁表示，让开发设计人员除了选择优化设计之外，也能考虑使用哪一种材料，它的碳费成本高低、加工程序，从选择材料到制造找到最适当的方法。
