前往中央內容區塊 :::
:::

歷史雜誌

購物提醒:當您要離開或跳轉頁面時,請先將您想要購買的文章加入購物車,以便快速紀錄完成購買流程!

機器人無治具組裝技術研究

作者 蕭欽奇程登湖謝佳鴻

刊登日期:2026/08/01

摘要

無治具組裝 (Fixtureless Assembly) 為機器人邁向高度彈性化的核心指標,亦為製造業面對少量 多樣生產之關鍵挑戰。傳統組裝技術仰賴精密治具與預先編程,難以因應頻繁換線之成本與時間壓 力。本文整合三大核心技術:(1) 以 Google Gemini API 為基礎之大型語言模型 (LLM) 任務規劃,可 將自然語言指令轉換為可執行動作序列並支援即時錯誤恢復;(2) 視覺、力覺與多模態大型語言模型 (MLLM) 之三重感測融合,依序執行夾取、組裝與判定;(3) 雙臂協作控制演算法,搭配 YOLO 物件檢 測與 Gemma 3 4B 多模態模型。於木製椅子組裝實驗中,達成物件辨識率 95%、組裝成功與失敗判定正 確率分別為 95% 與 94%,並維持力控誤差小於 1 N,驗證本架構於無治具情境下兼具彈性與穩健性。

Abstract

Fixtureless assembly is a core indicator of robotic flexibility and a critical challenge for high-mix, low-volume manufacturing. Traditional robotic assembly relies on precisely designed hardware fixtures and pre-programmed motions, incurring high cost and long lead time when product lines change frequently. This article integrates three core technologies: (1) large language model (LLM)–based task planning using the Google Gemini API, which translates natural-language instructions into executable action sequences and supports real- time error recovery; (2) triple-modality sensor fusion combining vision, force/torque sensing, and a multimodal large language model (MLLM) for the grasping, assembly, and success-detection phases; and (3) a dual-arm collaborative control algorithm coupled with YOLO object detection and the Gemma 3 4B MLLM. In a wooden-chair assembly experiment, the proposed system achieves a 95% object recognition rate, 95% / 94% success/failure detection accuracy, and force-control error below 1 N, demonstrating both flexibility and robustness in fixtureless scenarios.

前言

機器人無治具組裝技術是一種模仿人類雙手組裝物件的一項技術,相較於傳統的機器人自動化組裝技術,優勢主要體現在生產的靈活性。傳統的機器人組裝高度依賴專用治具進行工件定位(位置要明確),在單一產品的大量生產中具備良好的穩定性。但此生產模式無法解決少批量或多樣化生產所帶來的換線成本高昂、開發週期長以及治具存放問題(占據大量空間及管理問題)。

採用無治具組裝技術能獲得以下顯著效益:首先,透過感測器融合技術(視覺與力量控制)取代實體定位,即無需依賴傳統的夾具、固定工具或預先編程的機器人運動規劃,使生產線具備極高的適應力,能應對少量多樣的生產需求與頻繁的產品設計變更;其次,少了治具的設計、加工、維修、存放、管理等費用,能有效降低系統成本投入,並縮短產品上市時間;最後,此技術少了治具在生產線所占據的空間,可以優化生產線的布局,使生產空間配置更為精簡與高效。整體而言,無治具組裝技術不僅是從硬體到軟體的技術升級,更是實現智慧自動化與韌性製造的關鍵路徑,能協助企業在多變的市場競爭中保持競爭力。

本文開發目標是透過控制 2 隻高靈活度機械手臂,執行搬運、調整、組裝等工作,減少專用夾具與固定裝置的需求,提升生產過程的適應性,讓工廠能夠更迅速地響應市場變化,同時維持高效率與高品質的製造標準。

木製椅子無治具組裝技術研究

本文分成四個部分,第一部分為大型語言模型任務規劃,說明如何整合 Google Gemini API 作為大型語言模型(LLM)引擎。第二部分為感測融合,介紹如何透過 YOLO 物件檢測進行目標辨識、視覺夾取與力覺組裝。第三部分為雙臂組裝實驗,透過 LLM 組裝一個木製椅子,包括一張椅座、四支椅腳。最後是國際技術水準比較。

一、大型語言模型任務規劃

在任務規劃方面,整合 Google Gemini API 作為大型語言模型(LLM)引擎。其目標是將使用者的自然語言命令轉換為可執行的機器人動作序列,同時支援任務執行過程中的錯誤恢復和重新規劃。LLM 會產生結構化的動作計劃,這些計劃嚴格約束一組預先定義的原子動作。為了使模型與組裝場景保持一致,採用了提示工程技術,包含明確的動作定義和範例任務模板,無需進行額外的微調。此外,執行結果和力回授可用於動態驗證和最佳化 LLM 輸出。這種設計使系統能夠透過產生替代動作序列來從抓取失敗或意外障礙物中恢復,從而增強任務的靈活性和穩健性。

DOI:10.30256/JIM.202608_(521).0008

「如欲訂購單篇,請至 「華藝線上圖書館」

更完整的內容歡迎訂購 2026年08月號 (單篇費用:參考材化所定價)

3篇450元

NT$450
訂閱送出

10篇1200元

NT$1,200
訂閱送出