圖/工研院提供
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工研院第一代CPS研磨拋光技術,透過離線編程免除傳統機器人教導費時的困境,將編程時間由14天縮短到一天。圖/工研院提供
工研院第一代CPS研磨拋光技術,透過離線編程免除傳統機器人教導費時的困境,將編程時間由14天縮短到一天。圖/工研院提供

台灣製造業面臨激烈競爭,過去大量生產與低價競爭已非決勝關鍵,如何協助產業轉型升級,是當前的重要議題。根據國際機器人聯合會(International Federation of Robotics,IFR)統計,2018年全球工業機器人出貨量達歷史新高、至38.4萬套,包括汽車、電子、食品和飲料、製藥、塑料及金屬等行業,機器人應用都出現成長,隨著智慧製造發展,傳統機器人已不敷使用,必須朝向多功能、人機協作和聯網化發展,將更有利業者邁向智慧生產。

綜觀工業機器人的發展歷史,1960年代第一台工業機器人在美國誕生,1970年代逐漸在歐美市場興起,當時工業機器人可滿足工廠大量生產的需求,但如今隨著社會消費型態改變,全球製造業面臨急單、少量多樣的生產挑戰,傳統工業機器人也需「改頭換面」,學會新能力,因應新生產模式。

近年正夯的「斜槓」風潮,也吹進製造界,隨著機器視覺、語音和觸覺等面向的技術增進,提升機器人的能力,帶動「斜槓機器人」興起,「斜槓機器人」能於單站作業時提供更多功能,滿足業者多種生產需求,改善以往機器人功能少、加工動作簡單的窘境,未來透過多功能的機器人,將更能滿足客戶的客製化需求。

此外,過去工業機器人體積龐大,希望取代人工完成重勞力、高污染的工作,常應用於骯髒、危險、辛苦的3K行業,工廠考量安全性,會使用圍欄把機器人和作業員隔離,由機器人獨力作業。但現今像3C、醫藥、紡織、食品加工和物流業等產業的機器人使用量逐漸提升,這些產業的特色是產品種類多、產品體積精巧,同時也需要作業員靈活的操作能力,因此需要更小型、可與人共同作業、更安全的機器人,所以機器人朝向人機協作發展,並將軟硬體功能模組化,提供整體的彈性解決方案,滿足當前的製造需求。

而隨著行動數據、物聯網、雲端運算和人工智慧技術如火如荼進展,機器人也朝向聯網化發展,以支援工廠生產系統資訊蒐集與雲端數據交換,增進生產效率和良率,協助業者迎向智慧生產。

為因應近年機器人多功能、人機協作、聯網化的趨勢,工研院也投入開發相關機器人技術,譬如本院的「智慧砂帶機與亮面瑕疵檢測系統」、「線上3D視覺檢測系統」、「驅控式整合關節機器手臂」等,協助業者生產管理更自動彈性,突破智慧製造的升級瓶頸,強化國際競爭力。

在瞄準機器人多功能的動向上,工研院開發智慧砂帶機與亮面瑕疵檢測系統解決從前水五金產線的砂帶機,通常一台只有一種功能的窘境,智慧砂帶機配置兩種砂帶,搭配亮面瑕疵檢測系統,能單站完成由粗到細研磨、拋光,並檢測瑕疵,還能改變砂帶形狀、寬度跟角度來符合各式工件形狀、減少研磨死角,三合一的機型設計能有效利用工廠用地。當前,智慧砂帶機除了應用於水五金產業,更協助全球市占率逾90%的水上摩托車螺旋槳大王般若科技,研磨螺旋槳葉片及分析葉片品質、提高產品良率。

另外,傳統機器手臂採用的接觸式檢測設備,通常只具備2D或3D視覺檢測功能,過去面臨檢測時間長、耗費人力操作、只能檢測小型手機零組件的難題。

為解決此問題,工研院研發非接觸式的線上即時3D視覺檢測系統,結合機械手臂可同時進行2D跟3D視覺檢測,更能檢測大範圍、高曲度的工件,在單站即能完成多樣化產品檢測需求,可應用於航太、車輛運具零組件等檢測,目前已與漢翔航空工業公司合作,檢測其高曲度、大面積的工件。

而在人機協作方面,工研院開發的驅控整合協作型手臂,兼具驅控模組化、小型化、高精度,除了整合馬達、感測器、電源轉換等元件,還可如積木組合,依不同需求組成多軸機械手臂,手臂總重約12公斤、荷重約5公斤、重複精度在正負0.02公釐,可彈性調整臂長與構型,配合業者頻繁變動產線內容。

此外,為迎合萬物聯網的時局,工研院攜手產學研界組成「智慧製造聯網數據加值產業聯盟」,推動跨領域設備聯網標準,讓不同設備聯網溝通無礙,並已參考德國機械公會標準,以及工業物聯網國際主流標準OPC UA(OPC Unified Architecture),制定機器人聯網標準、幫助機器人互相聯網,解決過去機器人沒有共通的數據傳輸標準的窘境。

綜上所述,機器人將更為智慧化與多功能,在製造場域的應用將愈加廣泛,面對瞬息萬變的市場以及勞力短缺,導入機器人已成為必然的趨勢。(本文作者為工研院機械與機電系統研究所所長胡竹生)

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