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協作機器人夯引領工業4.0風潮 (2016-05-19 IEK產業情報網 )

工業機器人廠商都很清楚即使缺工情形嚴重、招募新手困難,也不可能全部用機械手臂取代。所以讓機器人幫助現有的工人,人機協同式的機器人(協作式機器人)也因此應運而生。
2000年前後,工業機器人應用模式是導入流水線式的生產,特色是要配合夾治具的大量使用,進行同步化的加工。2010年左右,Robot-robot cooperation的型態出現,機器人應用在連續式生產,利用機器人取代夾治具。2013年後出現Human-robot collaboration的型態,機器人能被快速的換線、可教導式操作,進行非同步化加工,其中關鍵就是安全性,與人互動時的安全性。
能快速換線,利用教導式操作的機械手臂,以及發展人機安全技術的工業機器人和零組件,已是國際主流趨勢。機器人在移動時,只要有突發的力量出現,就會馬上停止動作。
根據波士頓顧問公司2015年初公布的資料估計,目前工廠平均只有約10%的工作是由機器人完成。工業用機器人發展多年,僅能完成10%的工作,代表未來還有90%可以開發。人機協作式機器人須同時具備安全性及教導容易特性,是次世代機器人的新標竿,也是產業用機器人的新藍海市場,國際工業機器人廠商紛紛投入大量資源,試圖搶得商機。
傳統工業機器人若要在桌上放一個零件,是仰賴設定好的定位控制,如果桌子增高2公分,基於原本的定位設定,機器人會將零件下壓2公分,造成弄壞零件或桌面。若是人類就不會硬將零件下壓,這樣感知技巧可透過視覺感測器搭配力覺感測器移植到機器人。透過視覺和力覺等感測器輔助,讓機器人能適應環境變化,是協作式機器人與傳統工業用機器人最大的差別。
瑞士機器人大廠ABB應用雙臂機器人展現出人機協同工作精神,讓機器人直接將工件交給人進行下一步工序,或是人直接把工件交給機器人。雙臂機器人特色是相當程度的人性化設計,可讓人機安全共處,共同完成任務。
ABB開發雙臂機器人是為滿足電子消費品製造業對彈性和靈活製造技術的需求。是具有視覺和觸覺協作的雙臂組裝解決方案,雙臂靈活並以軟性材料包裹,配備創新的力傳感技術,保護工人的安全。例如ABB名為YuMi的機器人系統,就是根據任務作業,可將許多任務如取放任務標準化、安全化。如此一來,機器人就不會因為物體移動、座標位置改變而無法執行工作。
在工廠若要使用或調整傳統工業用機器人,通常要交由工程師進行。而理想的協作式機器人操作,應該是用不著懂機器人程式語言,只要簡單操作訓練,即可成為使用機器人的「專家」。
工業機器人通常需要額外購置感測器和軟體才能開始工作,對使用者來說不夠友善。理想協作式機器人是具備完整配備,開箱後即可使用。預期未來協作式機器人業者將會朝向旗下所有產品使用相同作業系統,並仿效iS或Android系統的營運模式,開放平台讓第三方可針對各種應用開發App軟體,供使用者下載,開發者也可獲利。
隨傳統裝配技術愈來愈無法滿足現代生產的需求此外,各國製造業都在發展工業自動化,但自動化元件產生的數位訊息,需要一個通訊協定回傳到雲端或資料庫,目前還沒有大一統的協定,誰能取得統一協定的主導權,就能掌握自動化的先機。
溝通自動化元件的協定就像是機器人的語言,有共通的自動化語言,就像蘋果iOS系統,有機會發展出工業4.0的生態系,協作式機器人很有可能在此引領技術發展的風潮。目前工研院開發的協作式機器人(安全型觸覺機器人),核心技術是利用皮膚感覺技術,同時布局專利在感測元件結構與包覆皮膚之監測系統。優勢是從感測元件材料、設計、製程、電路、控制、機器人系統皆為自製。具皮膚感覺之機器人,能精密感測到動作時的異常狀況,避免碰觸危險,強化安全。
台灣廠商應推動以協作式機器人為生產製造核心,從系統應用面的技術know-how,補強在機器人本體產品上的創新研發。至於如何應用協作機器人與一般生產線結合,應該是技術發展的利基思考點。分析生產需求端所要的自動化技術,結合機器人開發廠商,共同發展適合各種產線的機器人系統,朝逐漸由國產技術取代國外機器人系統的方向前進。另將精密機械設備及機器人整合,並促成機器人產品精度改善及以單機自動化為訴求做發展,加速推動整合機械產品與介面標準建立。

本文後經修改同步刊載於2016年5月8日【經濟日報】
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