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【工业4.0专辑】拥抱智能制造 机器人产业新契机

考量精度、负载等指标 依不同应用选择机器手臂

新汉与美国Energid共同开发七轴机器人。杜念鲁

长久以来,机器手臂一直是制造业者导入自动化的重点设备,特别是未来在智能制造口号的带动下,机器人的行情将持续看俏。

就台湾市场而言,虽智能制造的话题火热,但导入智能自动化设备的意愿却不甚强烈,不过近年因应缺工问题急需解决,许多业者对工业机器人的需求开始有显著提高,加上制造趋势不同以往,业者导入机器人的目的也不再只是因为人力需求。

在智动化的发展策略中,机器人将会扮演相当重要的角色。工研院智能机械科技中心主任陈来胜指出,因应少量多样的生产特性,智动化产业需要快速换线,唯有靠机器人才能满足这方面的需求。

对制造业者而言,导入机器人最重要的第一步则是评估该机器人适用于何应用场合以及什么样的制程。新汉机器人产品部经理陈维庭表示,制造业者初步应先厘清导入机器手臂的主要目的为何,究竟是为减少人力或缩短工时、还是为增加产能或精进制程?这是因为随需求与应用场合的不同,业者导入机器手臂的选择与要求也会有个别考量。

业者举例,如果制造业者仅仅只是为取代生产在线部分作业人力,且无需考虑与其它自动化设备集成的问题,则建议可直接洽询机器人制造商如ABB或上银,购入整机建置即可。

若机器手臂需与其它自动化设备配合进行整线或整厂规划,制造业者所洽询的对象除了机器人制造商外,还有系统集成商或自动化设备商等进行机械设备的集成、串联与测试等。

以目前机器手臂的市场应用来看,业者表示主要以焊接、抛光、喷涂、搬运等四种作业用途为多。而根据不同的应用场合,业者在导入机器手臂时的选择与性能要求也各具有差异性。

陈维庭举例,象是取放应用的场合中,应考量机器手臂的最大活动范围与有效负载。有效负载代表机器人在工作空间中可携带的最大负荷重量,而机器手臂的负载曲线,在空间范围的不同距离位置中,其负载能力也会有所差异。

取放应用中其中一个较为关键的指标则是重复位置精度。重复精度代表机器手臂重复多次到达一个目标点的精确程度。而取放应用多采用四轴的水平多关节(SCARA)机器人,由于其三轴互相平行,可在平面范围内快速定位,而另一轴可在Z方向做伸缩和旋转,这种结构特性使得SCARA擅长从一点抓取物体,然后快速置放到另一点,因此SCARA在取放、分拣或装配生产在线得到广泛的用。

对于更复杂的应用,象是喷涂或焊接,由于其需沿著空间中的路径以指定方位及速度持续运动,且通常移动路径可能属于不规则或非单一方向,因此在此种应用场合中,就不只要考虑重复位置精度,还必须考量其重复路径精度。

自由度则是机器手臂一项重要的性能指标参数。机器手臂配置的轴数与其自由度有直接的关联性。由于垂直关节式机器人目前最多可达到七轴,因此若应用场景在于狭小或不固定的空间中,且机器手臂需要很多扭曲和转动的动作,六轴或七轴的关节式机器人是较好的选择。

陈维庭表示,通常关节式机器人的运用多与有路径需求的应用场合息息相关,因为其要求在特定空间内以特定姿势动作,需要较灵活的移动手法,而关节式机器人具有三维运动的特性,有极高的自由度,因此可适用于任何轨迹或角度的工作,也是目前市场最广泛使用的机器手臂。

新汉在2017年也正式对外发表与美国Energid公司共同开发台湾第一座高阶七轴机器人控制器,成为全球第三家推出七轴机器手臂的厂商。想象人的手臂若再多一个关节,就可以以更扭曲、灵活的姿态行动。业者指出,七轴机器人可运用在上下料、点焊等更细部如直接绕过物体运行到另一侧的操作。

机器人的各项性能指标主要反映了机器人可胜任的工作、具有何操作性能等情况,是设计与应用机器人必须考虑的问题,通常主要的性能指标包括自由度、重复精度、移动速度、有效负载、本体重量等。

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