運動控制+機器人分進合擊之自動化應用
- DIGITIMES企劃
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智慧自動化系統已逐漸迎向第二次自動化時代，這也成為台灣製造業發展的必然趨勢，這與60年代第一次自動化大量生產時代有些不同，其中最具體顯露於外的差別，應是加裝各式力覺、視覺感測器，以反饋上層管理系統來進行運動控制，「智慧化」的需求也成為現在生產線上的重點趨勢。
尤其在3C產業多樣化及彈性生產的需求下，對照近幾年歐日系大廠於德國慕尼黑自動化展表現，包括傾巢而出的多款適用人機混線作業新機種，也顯示運動控制與工業機器人整合人力，在產線上的整合性需求也是重點項目之一，當然亦擴張其安全性需求。機電系統業者若能掌握此趨勢，提供整合模組化產品，似乎將更有助於創造長遠商機。
如果要談機器人在自動化的應用，運動控制是免不了拿來比較的技術。傳統上來說，運動控制最早是透過傳統零組件齒輪、凸輪、聯軸器達成，但隨著電子元件、軟體日益發達，逐漸可把硬體設備性能透過軟體模擬，所以於機械開發更為彈性、簡單，只要修改軟體、參數或更換市面上容易取得之電控模組就能升級，未必需要全部更換硬體，因此在已經自動化的現場來說，廠商可能也不一定有將現有設備轉為機器人的需求；以產業別來看，機械業可說是這類的指標性產業，所以當需要轉向發展時的動作較為遲緩。
然而，隨著機器人發展迄今已超過50年歷史，面對著21世紀這個快速變化的時代，不僅高齡少子化現象日趨嚴重，且產品生命週期越來越短，尤其是3C產品未來生產線自動化受到雙重的考驗，一來要應付多量多樣的產品，另外又面臨缺工的問題。機器人必須從原來減少員工枯燥、簡單重複、危險的工作環境中，進化到可以多量多樣的生產，演變成為「智慧型機器人(機器人2.0)」。
加入機器人 想像完全不同
第一次自動化的觀念，可說是為了大量生產時單向取代人力所不及的工作，如3K(髒kitanai、辛苦kitsui、危險kikem)產業等，而第二次自動化(智慧自動化)則強調須具有少量多樣或多樣少量之彈性，以及增加視/力覺等感測元件，提供反饋功能。進而協助人類提升工作效率和作業員的水準，從單純加工進化到管理、維修機器人或自動化設備。
德國機械設備製造商聯合會(VDMA)對於「機器人+自動化=智慧生產」的趨勢報告指出，基於現今產品日益趨向微型化(Miniaturization)，需在輕薄短小的空間裡擁有強大功能，以及汽車ABS brakes or ESP(Electronic Stability Program)要求絕對安全與可靠度(Safety and Reliability)，透過自動化技術提供100%零缺陷的品質，因此強調應藉由彈性生產系統因應動態市場需求，改變生產技術，以縮短產品上市時間。
另外，把工業機器人整合到生產線上，也是目前運動控制系統發展趨勢之一。以工業機器人的分類來看，目前在系統上應用的主流仍是以四軸或六軸的關節型機器人為主，由於它在產線上的占用面積小，但可運動的範圍大，在靈活度及使用彈性上，成為自動化廠商的主要選項。
相較於主要以歐美與日本起家的關節型機器人，主要應用在像是汽車廠等高髒污、高危險等環境，這是具有發展時空背景所造成的；此外，由於工業機器人的作動一致性高，只要作動設定正確，即可成為取代人力的首選。簡單來說，導入工業機器人的目的，其實主要還是來自於產線規劃的目的，由於工業機器人在某些程度上可以降低產線所需要的面積，加上它可以進行較複雜的作動，也可以減少相關附屬機台需求的建置成本，對設備商與使用者來說，導入工業機器人可在建置系統上節省部分的成本，在某些部分上亦可提升產線的效能。但當工業機器人加入運動控制系統規劃中，將讓運動控制系統產生不同的發展。
同中有異 走出自動化的不同面貌
工業機器人基本上就是「複雜」而「多軸」的運動控制，相較於一般的三維運動控制來說，工業機器人所需要的運算式，絕對是複雜而多重的，很多時候工業機器人的製造商，就須將這些複雜的控制邏輯「包」在獨立的控制器中。由於工業機器人主要仍以自有的模組進行控制為主，與傳統由控制器來送訊息給馬達要求作動的作法，有相當程度的不同，因此工業機器人與目前自動化廠商透過整合泛用型控制器軟硬體，來進行機構設計及行為設計的模式有些不同。由於使用者自行設計工業機器人的軟硬體及行為作動的難度較高，因此與運動控制主要的做法，仍是透過通訊整合工業機器人與產線的互動，透過模組式的整合導入傳統運動控制的生產線上，因此的確存在一些挑戰。
直覺地說，工業機器人與傳統運動控制最大的不同，的確在於「整合度」的問題。以終端使用者的角度來看，相較於運動控制系統仍需要進行與應用環境間的整合規畫，整合度較高的工業機器人當然較受使用者的青睞；但相對來說，以設備商的角度來看，同樣由於它的整合度「太高」，對於應用的發展彈性當然較為弱勢，像是精細加工或是陣列加工等需要產能的部分，仍會是應用運動控制設計，而工業機器人的主要應用環境，應該仍是在取代人力的面向為主，本來不會應用人力進行加工的部分，應用工業機器人可能也無法產生效率。
對設備的擴充來說，由於工業機器人的作動設計已經固定，在產能調整上缺乏彈性，靈活度因此降低，代價也跟著增加，因此導入工業機器人的應用，多以常態化及量大的工作需求為主；此外未來在工業機器人設計上，如何讓它「更接近人」的運作模式，將會是發展的重要課題。
此外，由於在系統同步上需要更穩定的互動，甚至是運動控制與工業機器人、視覺及感測器等其他裝置的整合，在通訊介面上將會是自動化廠商下一階段面臨的重要課題。相較於傳統封閉式的控制邏輯，如果透過Softmotion的技術來取代原有的封閉式控制器，將有助於與運動控制系統的完整整合，透過邏輯演算，可以協助工業機器人與運動控制系統開發完整的同動的邏輯處理。但這樣的趨勢仍在發展當中，前提必須是Softmotion更被市場所接受，可以說是這兩者是會被同步的影響。
