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瞄准智慧制造 机器人三大趋势
2019-10-07
转自机器人库


台湾制造业面临激烈竞争,过去大量生产与低价竞争已非决胜关键,如何协助产业转型升级,是当前的重要议题。根据国际机器人联合会(International Federation of Robotics,IFR)统计,2018年全球工业机器人出货量达历史新高、至38.4万套,包括汽车、电子、食品和饮料、制药、塑料及金属等行业,机器人应用都出现成长,随着智慧制造发展,传统机器人已不敷使用,必须朝向多功能、人机协作和联网化发展,将更有利业者迈向智慧生产。

综观工业机器人的发展历史,1960年代第一台工业机器人在美国诞生,1970年代逐渐在欧美市场兴起,当时工业机器人可满足工厂大量生产的需求,但如今随着社会消费型态改变,全球制造业面临急单、少量多样的生产挑战,传统工业机器人也需「改头换面」,学会新能力,因应新生产模式。

近年正夯的「斜杠」风潮,也吹进制造界,随着机器视觉、语音和触觉等面向的技术增进,提升机器人的能力,带动「斜杠机器人」兴起,「斜杠机器人」能于单站作业时提供更多功能,满足业者多种生产需求,改善以往机器人功能少、加工动作简单的窘境,未来透过多功能的机器人,将更能满足客户的客制化需求。

此外,过去工业机器人体积庞大,希望取代人工完成重劳力、高污染的工作,常应用于肮脏、危险、辛苦的3K行业,工厂考量安全性,会使用围栏把机器人和作业员隔离,由机器人独力作业。但现今像3C、医药、纺织、食品加工和物流业等产业的机器人使用量逐渐提升,这些产业的特色是产品种类多、产品体积精巧,同时也需要作业员灵活的操作能力,因此需要更小型、可与人共同作业、更安全的机器人,所以机器人朝向人机协作发展,并将软硬体功能模组化,提供整体的弹性解决方案,满足当前的制造需求。

而随着行动数据、物联网、云端运算和人工智慧技术如火如荼进展,机器人也朝向联网化发展,以支援工厂生产系统资讯搜集与云端数据交换,增进生产效率和良率,协助业者迎向智慧生产。

为因应近年机器人多功能、人机协作、联网化的趋势,工研院也投入开发相关机器人技术,譬如本院的「智慧砂带机与亮面瑕疵检测系统」、「线上3D视觉检测系统」、「驱控式整合关节机器手臂」等,协助业者生产管理更自动弹性,突破智慧制造的升级瓶颈,强化国际竞争力。

在瞄准机器人多功能的动向上,工研院开发智慧砂带机与亮面瑕疵检测系统解决从前水五金产线的砂带机,通常一台只有一种功能的窘境,智慧砂带机配置两种砂带,搭配亮面瑕疵检测系统,能单站完成由粗到细研磨、抛光,并检测瑕疵,还能改变砂带形状、宽度跟角度来符合各式工件形状、减少研磨死角,三合一的机型设计能有效利用工厂用地。当前,智慧砂带机除了应用于水五金产业,更协助全球市占率逾90%的水上摩托车螺旋桨大王般若科技,研磨螺旋桨叶片及分析叶片品质、提高产品良率。

另外,传统机器手臂采用的接触式检测设备,通常只具备2D或3D视觉检测功能,过去面临检测时间长、耗费人力操作、只能检测小型手机零组件的难题。

为解决此问题,工研院研发非接触式的线上即时3D视觉检测系统,结合机械手臂可同时进行2D跟3D视觉检测,更能检测大范围、高曲度的工件,在单站即能完成多样化产品检测需求,可应用于航太、车辆运具零组件等检测,目前已与汉翔航空工业公司合作,检测其高曲度、大面积的工件。

而在人机协作方面,工研院开发的驱控整合协作型手臂,兼具驱控模组化、小型化、高精度,除了整合马达、感测器、电源转换等元件,还可如积木组合,依不同需求组成多轴机械手臂,手臂总重约12公斤、荷重约5公斤、重复精度在正负0.02公厘,可弹性调整臂长与构型,配合业者频繁变动产线内容。

此外,为迎合万物联网的时局,工研院携手产学研界组成「智慧制造联网数据加值产业联盟」,推动跨领域设备联网标准,让不同设备联网沟通无碍,并已参考德国机械公会标准,以及工业物联网国际主流标准OPC UA(OPC Unified Architecture),制定机器人联网标准、帮助机器人互相联网,解决过去机器人没有共通的数据传输标准的窘境。

综上所述,机器人将更为智慧化与多功能,在制造场域的应用将愈加广泛,面对瞬息万变的市场以及劳力短缺,导入机器人已成为必然的趋势。(本文作者为工研院机械与机电系统研究所所长胡竹生)
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