运动控制+机器人分进合击之自动化应用
- DIGITIMES企划
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智能自动化系统已逐渐迎向第二次自动化时代，这也成为台湾制造业发展的必然趋势，这与60年代第一次自动化大量生产时代有些不同，其中最具体显露于外的差别，应是加装各式力觉、视觉传感器，以反馈上层管理系统来进行运动控制，「智能化」的需求也成为现在生产在线的重点趋势。
尤其在3C产业多样化及弹性生产的需求下，对照近几年欧日系大厂于德国慕尼黑自动化展表现，包括倾巢而出的多款适用人机混线作业新机种，也显示运动控制与工业机器人整合人力，在产在线的整合性需求也是重点项目之一，当然亦扩张其安全性需求。机电系统业者若能掌握此趋势，提供整合模块化产品，似乎将更有助于创造长远商机。
如果要谈机器人在自动化的应用，运动控制是免不了拿来比较的技术。传统上来说，运动控制最早是透过传统零组件齿轮、凸轮、联轴器达成，但随着电子元件、软件日益发达，逐渐可把硬件设备性能透过软件模拟，所以于机械开发更为弹性、简单，只要修改软件、参数或更换市面上容易取得之电控模块就能升级，未必需要全部更换硬件，因此在已经自动化的现场来说，厂商可能也不一定有将现有设备转为机器人的需求；以产业别来看，机械业可说是这类的指标性产业，所以当需要转向发展时的动作较为迟缓。
然而，随着机器人发展迄今已超过50年历史，面对着21世纪这个快速变化的时代，不仅高龄少子化现象日趋严重，且产品生命周期越来越短，尤其是3C产品未来生产线自动化受到双重的考验，一来要应付多量多样的产品，另外又面临缺工的问题。机器人必须从原来减少员工枯燥、简单重复、危险的工作环境中，进化到可以多量多样的生产，演变成为「智能机器人(机器人2.0)」。
加入机器人 想像完全不同
第一次自动化的观念，可说是为了大量生产时单向取代人力所不及的工作，如3K(脏kitanai、辛苦kitsui、危险kikem)产业等，而第二次自动化(智能自动化)则强调须具有少量多样或多样少量之弹性，以及增加视/力觉等传感元件，提供反馈功能。进而协助人类提升工作效率和作业员的水准，从单纯加工进化到管理、维修机器人或自动化设备。
德国机械设备制造商联合会(VDMA)对于「机器人+自动化=智能生产」的趋势报告指出，基于现今产品日益趋向微型化(Miniaturization)，需在轻薄短小的空间里拥有强大功能，以及汽车ABS brakes or ESP(Electronic Stability Program)要求绝对安全与可靠度(Safety and Reliability)，透过自动化技术提供100%零缺陷的品质，因此强调应藉由弹性生产系统因应动态市场需求，改变生产技术，以缩短产品上市时间。
另外，把工业机器人整合到生产在线，也是目前运动控制系统发展趋势之一。以工业机器人的分类来看，目前在系统上应用的主流仍是以四轴或六轴的关节型机器人为主，由于它在产在线的占用面积小，但可运动的范围大，在灵活度及使用弹性上，成为自动化厂商的主要选项。
相较于主要以欧美与日本起家的关节型机器人，主要应用在像是汽车厂等高脏污、高危险等环境，这是具有发展时空背景所造成的；此外，由于工业机器人的作动一致性高，只要作动设定正确，即可成为取代人力的首选。简单来说，导入工业机器人的目的，其实主要还是来自于产线规划的目的，由于工业机器人在某些程度上可以降低产线所需要的面积，加上它可以进行较复杂的作动，也可以减少相关附属机台需求的建置成本，对设备商与使用者来说，导入工业机器人可在建置系统上节省部分的成本，在某些部分上亦可提升产线的效能。但当工业机器人加入运动控制系统规划中，将让运动控制系统产生不同的发展。
同中有异 走出自动化的不同面貌
工业机器人基本上就是「复杂」而「多轴」的运动控制，相较于一般的三维运动控制来说，工业机器人所需要的运算式，绝对是复杂而多重的，很多时候工业机器人的制造商，就须将这些复杂的控制逻辑「包」在独立的控制器中。由于工业机器人主要仍以自有的模块进行控制为主，与传统由控制器来送信息给马达要求作动的作法，有相当程度的不同，因此工业机器人与目前自动化厂商透过整合泛用型控制器软硬件，来进行机构设计及行为设计的模式有些不同。由于使用者自行设计工业机器人的软硬件及行为作动的难度较高，因此与运动控制主要的做法，仍是透过通讯整合工业机器人与产线的互动，透过模块式的整合导入传统运动控制的生产在线，因此的确存在一些挑战。
直觉地说，工业机器人与传统运动控制最大的不同，的确在于「整合度」的问题。以终端使用者的角度来看，相较于运动控制系统仍需要进行与应用环境间的整合规划，整合度较高的工业机器人当然较受使用者的青睐；但相对来说，以设备商的角度来看，同样由于它的整合度「太高」，对于应用的发展弹性当然较为弱势，像是精细加工或是阵列加工等需要产能的部分，仍会是应用运动控制设计，而工业机器人的主要应用环境，应该仍是在取代人力的面向为主，本来不会应用人力进行加工的部分，应用工业机器人可能也无法产生效率。
对设备的扩充来说，由于工业机器人的作动设计已经固定，在产能调整上缺乏弹性，灵活度因此降低，代价也跟着增加，因此导入工业机器人的应用，多以常态化及量大的工作需求为主；此外未来在工业机器人设计上，如何让它「更接近人」的运作模式，将会是发展的重要课题。
此外，由于在系统同步上需要更稳定的互动，甚至是运动控制与工业机器人、视觉及传感器等其他装置的整合，在通讯界面上将会是自动化厂商下一阶段面临的重要课题。相较于传统封闭式的控制逻辑，如果透过Softmotion的技术来取代原有的封闭式控制器，将有助于与运动控制系统的完整整合，透过逻辑演算，可以协助工业机器人与运动控制系统开发完整的同动的逻辑处理。但这样的趋势仍在发展当中，前提必须是Softmotion更被市场所接受，可以说是这两者是会被同步的影响。
