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【工業4.0專輯】擁抱智慧製造 機器人產業新契機

考量精度、負載等指標 依不同應用選擇機器手臂

  • 廖家宜
新漢與美國Energid共同開發七軸機器人。杜念魯

長久以來,機器手臂一直是製造業者導入自動化的重點設備,特別是未來在智慧製造口號的帶動下,機器人的行情將持續看俏。

就台灣市場而言,雖智慧製造的話題火熱,但導入智慧自動化設備的意願卻不甚強烈,不過近年因應缺工問題急需解決,許多業者對工業機器人的需求開始有顯著提高,加上製造趨勢不同以往,業者導入機器人的目的也不再只是因為人力需求。

在智動化的發展策略中,機器人將會扮演相當重要的角色。工研院智慧機械科技中心主任陳來勝指出,因應少量多樣的生產特性,智動化產業需要快速換線,唯有靠機器人才能滿足這方面的需求。

對製造業者而言,導入機器人最重要的第一步則是評估該機器人適用於何應用場合以及什麼樣的製程。新漢機器人產品部經理陳維庭表示,製造業者初步應先釐清導入機器手臂的主要目的為何,究竟是為減少人力或縮短工時、還是為增加產能或精進製程?這是因為隨需求與應用場合的不同,業者導入機器手臂的選擇與要求也會有個別考量。

業者舉例,如果製造業者僅僅只是為取代生產線上部分作業人力,且無需考慮與其他自動化設備整合的問題,則建議可直接洽詢機器人製造商如ABB或上銀,購入整機建置即可。

若機器手臂需與其他自動化設備配合進行整線或整廠規劃,製造業者所洽詢的對象除了機器人製造商外,還有系統整合商或自動化設備商等進行機械設備的整合、串聯與測試等。

以目前機器手臂的市場應用來看,業者表示主要以焊接、拋光、噴塗、搬運等四種作業用途為多。而根據不同的應用場合,業者在導入機器手臂時的選擇與性能要求也各具有差異性。

陳維庭舉例,像是取放應用的場合中,應考量機器手臂的最大活動範圍與有效負載。有效負載代表機器人在工作空間中可攜帶的最大負荷重量,而機器手臂的負載曲線,在空間範圍的不同距離位置中,其負載能力也會有所差異。

取放應用中其中一個較為關鍵的指標則是重複位置精度。重複精度代表機器手臂重複多次到達一個目標點的精確程度。而取放應用多採用四軸的水平多關節(SCARA)機器人,由於其三軸互相平行,可在平面範圍內快速定位,而另一軸可在Z方向做伸縮和旋轉,這種結構特性使得SCARA擅長從一點抓取物體,然後快速置放到另一點,因此SCARA在取放、分揀或裝配生產線上得到廣泛的用。

對於更複雜的應用,像是噴塗或焊接,由於其需沿著空間中的路徑以指定方位及速度持續運動,且通常移動路徑可能屬於不規則或非單一方向,因此在此種應用場合中,就不只要考慮重複位置精度,還必須考量其重複路徑精度。

自由度則是機器手臂一項重要的性能指標參數。機器手臂配置的軸數與其自由度有直接的關聯性。由於垂直關節式機器人目前最多可達到七軸,因此若應用場景在於狹小或不固定的空間中,且機器手臂需要很多扭曲和轉動的動作,六軸或七軸的關節式機器人是較好的選擇。

陳維庭表示,通常關節式機器人的運用多與有路徑需求的應用場合息息相關,因為其要求在特定空間內以特定姿勢動作,需要較靈活的移動手法,而關節式機器人具有三維運動的特性,有極高的自由度,因此可適用於任何軌跡或角度的工作,也是目前市場最廣泛使用的機器手臂。

新漢在2017年也正式對外發表與美國Energid公司共同開發台灣第一座高階七軸機器人控制器,成為全球第三家推出七軸機器手臂的廠商。想像人的手臂若再多一個關節,就可以以更扭曲、靈活的姿態行動。業者指出,七軸機器人可運用在上下料、點焊等更細部如直接繞過物體運行到另一側的操作。

機器人的各項性能指標主要反映了機器人可勝任的工作、具有何操作性能等情況,是設計與應用機器人必須考慮的問題,通常主要的性能指標包括自由度、重複精度、移動速度、有效負載、本體重量等。

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