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協作型機器人將成智慧工廠的另一要角
安全性為重要關鍵
[作者 葉奕緯]   2018年05月24日 星期四 瀏覽人次: [1237]

漢諾威工業博覽會(HANNOVER MESSE),是世界上規模最大的工業技術博覽會。它每年都會在德國北部城市漢諾威的漢諾威展覽中心舉行,每年約有6000個參展商及約20萬名國際參觀者。


以工業的演進看來,標準品的製造需仰賴高度自動化,讓效率增加;接著,有了多元規格的需求,單一標準化已無法應付現今需求,因此客製化產品隨之出現,需仰賴人機協作才能達成;而今天的設備則需要智慧化,工廠要製造出更細緻的產品,也必須讓生產更有彈性,因此各種感測器設備開始被加裝在機器上,讓機器的靈敏度增加,也能收集各式資料回傳雲端,進行分析。


目前在汽車、工控、零組件的生產製造上,已經大幅運用機器人與人協作,而非純粹將工廠無人化,相較於高成本導入的工業機器人,協作機器人的佈建成本較低、操控容易,同時也可以按照不同狀況調整運作模式,也能與人類在同一個環境中工作互補;但相較於傳統工業機器人來說,協作型機器人需要更注意工安規範,以保證共同工作者的安全。


在2018年「台北國際智慧機械暨智慧製造展(iMTduo)」中,工研院便展出一項人機協作產品,其團隊Mechavision已經正式技轉並成立公司,這項產品主要是透過一組皮膚感測器,搭載於機器手臂中所組成,並當人員觸碰到感測器時,即能讓它停止運轉,其觸碰速度、力量皆能調整。特別的是,它只需要將感測器掛載於機器手臂上便能使用,不需要購買整套機器手臂設備。



圖1 : Mechavision推出一組類皮膚感測器,以防發生碰撞危險。(攝影/葉奕緯)
圖1 : Mechavision推出一組類皮膚感測器,以防發生碰撞危險。(攝影/葉奕緯)

協作式機器人出現 彰顯人類操控角色

不管是協作機器人或傳統工業用機器人,這兩者在工業自動化歷程中佔有極為重要的一部分,當協作機器人的市場越來越大,人類的角色也將逐漸從「製作」轉為「操控」階段。


如KUKA開發了一款用於人機協作的機器人-KUKA LBR iiwa。該款機器人使用智慧控制技術、高性能感測器和最先進的軟體技術, LBR iiwa透過關節力矩傳感器可立即識別接觸並降低力和速度,並能感測位置和緩衝控制,降低夾傷或剪傷的風險。


LBR iiwa等人機協作型機器人在KUKA flexFellow等移動式平台的幫助下,可以不受位置和作業的限制,在操作上更具靈活性。此外,它也以動力控制的方式快速識別物件輪廓,高準精度地安裝工件。



圖2 : LBR iiwa透過關節力矩感測器可識別接觸並降低力和速度,降低夾傷或剪傷的風險。(source: businesswire)
圖2 : LBR iiwa透過關節力矩感測器可識別接觸並降低力和速度,降低夾傷或剪傷的風險。(source: businesswire)

內建視覺的協作型機器人─達明機器人,推出全新高負載機器人系列TM12,首度於德國漢諾威登場。


TM12可負載能力大於市面上相同臂長的協作型機器人,載重高達12公斤,工作範圍高達1300mm,且其M系列機種能搭配高機能移動AGV,是半導體產業的選擇之一。


達明機器人除了內建視覺辨識外,還使用獨家TM Landmark專利精準定位與座標調整,因此機器手臂擺脫定位束縛,可自由移動佈署任務,它可以直接透過視覺辨識搭配,完成雙機甚至多機手臂的協作任務,彈性應用於各式產業不同製程。


此外,還能透過雙機甚至多機協作大幅減少治具、增加應用自由和縮短製程時間。達明機器人可單獨甚至多機協同作業,一機多用節省成本提升效率,大幅實現彈性自動化未來。


在漢諾威展中,達明也展示工廠即時連線─TM Manager,能將設備訊號或IT資料庫互相聯網溝通並監控,並在歷史資料中找出事件發生的周期,進而提供大數據分析功能,預測故障發生,提高產能減少維修成本,提供人機共存的高效率智慧工廠。


達明機器人為台灣少數推出新式智慧協作型機器人的公司,從研發生產到自有Techman Robot品牌營銷,拿下台灣精品、德國iF、紅點reddot設計等國內外大獎。這次漢諾威展更代表台灣智慧機械受邀至台灣形象館展出,達明機器人擁有聰明、簡單、安全的特性,符合工業4.0少量多樣快速變遷的產業需求,將協助各產業實現彈性自動化無人工廠未來。


日本以機器人取代勞動力

機器人的利用將從此前的汽車等大型製造業企業,擴大至食品和物流行業,三菱電機將面對此項趨勢,開始發展能與人一起完成工作的協作型機器人,解決日本勞動力短缺日趨嚴重的問題。


三菱電機已開發出多關節型、單手臂的協作型機器人。在與人接觸後能自動停止,同時配備了利用者可在直接驅動機器人的同時教授動作的直接教學(Direct teaching)功能。


另外一間日本企業發那科,在工廠導入機器人系統(Robot Cell)後,能夠24小時不停工,其機器人已進展到不需預先輸入程式,由人員直接指導就能上線作業,按照指示反覆相同動作,在無人監控下,一次可運行長達30天。



圖3 : 發那科協作機器人展於iMTduo。(攝影/葉奕緯)
圖3 : 發那科協作機器人展於iMTduo。(攝影/葉奕緯)

另一家日本安川電機則配合業者需求,提供一對一客製化的開發解決方案、客製化的智動化技術,並開發人機協同作業系統與生技業相關的機器人應用。安川的合作夥伴廠商包括有盟立、新漢、東元電機等大廠。


此外,安川電機也進駐中科設廠,主要研發製造機器人自動化設備與提供技術服務,有包括2D/3D視覺抓取功能、六軸力覺感測功能與機器人模擬軟體等應用開發。


UR機器手臂用於各式場域

丹麥最大機器人製造商Universal Robots(UR)也在協作型機器人上重點投資,UR的機器手臂為六軸設計,體積小又輕巧,重複精度達正負0.1公分,無論是建置或編程都相當容易。以系列機種UR3來說,重量僅11公斤,只需四顆螺絲就能固定,能彈性應用在傳統工業機器人所無法進入的產線中,也能快速讓操作人員學會使用。


除了建置與操作簡便外,UR也強調機器手臂的安全性,不僅通過德國技術檢驗協會TUV NORD核准驗證,也符合ISO 13849安全規範,能與作業人員一起工作而不需加裝圍籬防護,一旦與人員有所碰觸就會立即自動停止作業。


台灣ODM廠緯創便是採用UR機器手臂的廠商之一。緯創為升級旗下筆電自動化生產過程,於2015年初建置60台UR機器手臂,後來產品良率、穩定度及獲利都大幅提升,同時降低營運成本。


UR機器手臂在台主要鎖定電子業與汽車業,適用於各種規模的生產環境,能靈活使用於裝配、取放、焊接、打磨、噴塗、包裝與堆疊等應用。



圖4 : UR機器手臂建置與操作簡便,能應用於各式場域。(攝影/葉奕緯)
圖4 : UR機器手臂建置與操作簡便,能應用於各式場域。(攝影/葉奕緯)

協作機器人的定義是能與人類共同在生產線工作提升效率,同時須符合安全規範。當使用者進入所設定的危險區域時,光柵會自動偵測外來物體,機器人會降至安全速度,保持使用者安全。反之當機器人超出所設定之安全範圍,也會降低速度,保護共同作業的使用者安全。


在進入無人化工廠的世代前,協作型機器人將大幅佈建在各式廠房中,成為此一時期生產製造的關鍵主力。


**刊頭圖:2018德國漢諾威展。(source: Vogel Italia)


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