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人機協作風潮正起 小型機器手臂提昇工作效率
提昇效率與安全性
[作者 王岫晨]   2022年11月24日 星期四 瀏覽人次: [4940]

機器人可持續工作,帶來可預測可重複的結果,並提高工作效率和產量。


在消費市場長期需求的推動下,機器人和其他自動化系統將被快速採用。


而協作機器人方興未艾,正大舉進軍製造業與其他商業場合。


我們正處於一個機器人為生活帶來巨大優勢的歷史轉捩點。根據日本市調機構富士經濟(Fuji Keizai)指出,全球工業機器人市場規模至2025年產值估計高達267億美元,約為目前2.5倍。而經濟部技術處副處長林德生也表示,在後疫情時代,智慧製造的導入將是產業的生存保衛戰。未來智慧製造發展將具有三個特點:


第一是數位化與自動化結合,透過軟體將老師傅的經驗進行數位化後,移轉給機器人進行自動化生產,如金屬鈑件摺邊機器人系統生產線的工藝技術可以傳承,將能更大幅地縮短鈑件打樣流程,在今日下單打樣,隔天即可取樣。


第二是機器人的功能精細度將大幅提升,從早期的單一功能機器手臂生產,變成多軸自由度,可以更類似人類的雙手,動作更加靈活,如雙臂機器人將具有先進的觸覺感測,抓取形狀不規則的物件,並能從事多元化的工作。


第三則是成為產業外銷的利器,由於疫情造成供應鏈的大幅移動,因此透過沉浸式協同工程及高資安防護來進行海外產線佈建的經驗,有助於加速智慧製造整合系統服務的輸出與外銷,還能進一步將相關經驗運用到各種產業,讓智慧製造的相關應用可以加速導入到不同產業,協助產業轉型,並搶攻智慧製造商機。


圖1 : UR機器手臂全新的關節設計可加速生產週期。(source:urrobots.com)
圖1 : UR機器手臂全新的關節設計可加速生產週期。(source:urrobots.com)

加速自動化部署

根據IFR(International Federation of Robotics)統計,台灣在2021年導入機器人的數量為全球排名前十,比起前一年成長了31%,這也顯示了在疫情趨緩和台商回流後,產線上的人力需求持續高漲。最近發佈的一份Korn Ferry報告顯示,估計到了2030年,全球熟練的勞動力短缺將達8500萬個人力,相當於8.5兆美元。其中許多人力短缺都將出現在工業與服務產業,在這兩個產業中,新冠疫情暴露了全球供應鏈和勞動力儲備的弱點。而許多的自動化無人工具,例如無人機和機器人等,都可為原本需要高度人力投入的任務,實現高效率與自動化,進而可緩解人力缺乏的這種情況。


Vicor應用工程高級總監Tom Curatolo指出,隨著全球經濟的一體化和相互依賴性越來越高,對消費品和耐用品的需求正在呈指數級成長。由於這種爆炸式的需求,今天的工廠發現很難及時採購、生產和交付貨物。這就是使用機器人服務的意義所在。機器人擅於在決策有限時選擇任務路徑。機器人也可以持續工作數週,帶來可預測、可重複的結果,並可以進一步顯著提高工作效率和產量。在消費者長期需求的推動下,機器人和其他自動化系統將被快速採用。


以台灣市場為例,近幾年來缺工問題也非常嚴重。Universal Robots大中華區總裁蘇璧凱也進一步指出,缺工問題讓中小企業逐漸意識到自動化部署的迫切性,近年來加速導入自動化設備的臺灣企業,從較常見的電子、金屬加工、汽車,延伸至食品、醫療、工具機等領域。


特別是以外銷為導向的台灣製造業,對於自動化設備的導入需求仍有提升,尤其塑膠射出等傳統產業更希望藉成本輕省、部署彈性的協作型機器人,提升對市場風險的靈活應變能力。這些不同產業透過更為輕巧、編程簡易的協作型機器人,可以釋放產線人力,並讓員工從事附加價值更高的工作,在動盪的疫情之下讓產線不中斷,員工更能在保持社交距離的安全環境下完成任務。


人機協作方興未艾

機械手臂是一種能夠靈活代替人類手和臂工作的機器,通常用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。隨著機器視覺、AI等技術的不斷突破,智能機械手臂的發展也日益壯大。特別是自動化的腳步加速,機器人在過去十年之間大大影響了製造業,這些發展並沒有出現逆轉或放緩的跡象。在應用上,機器手臂也針對不同領域出現了不同的類型。


重型機器手臂可以保持工作流程平穩運行,防止人為疲勞或拉傷造成的意外傷害,常見於大型自動化工廠,例如汽車工廠中。然而除了大型自動化工廠之外,許多產業對於機器人的依賴度也逐漸攀高。例如製造業的工作人員習慣於集體協同工作,因此機器手臂可與工作人員一起工作的協作機器人(cobots)也正大舉進軍製造業與其他商業場合。


這種協作機器人透過更為小巧的機器手臂,在工作上兼具輕巧和安全,也使得運作過程能提供更高的效率。也由於小型機器手臂可以提供更簡易的編程,因為應用領域也跨出製造業,在更廣泛的應用領域都可以見到其身影。


更安全的人機協作


圖2 : 機器手臂背後少不了機器人控制器。(source:global.abb)
圖2 : 機器手臂背後少不了機器人控制器。(source:global.abb)

機器人產業發展迅速,當人與機器人協作,必須力求順暢無阻來達到高效生產,並以安全為首要考量。原見精機專注於發展人機協作的觸覺解決方案,也持續投入在感測器相關IoT與智慧製造應用開發。原見精機技術團隊具有在工研院投入機器人感測器模組研究多年的豐富經驗,主要產品為工業機器人用觸覺感測模組,藉由自主開發的力感測技術,使得工業機器人擁有觸覺感測能力。


原見精機董事長暨策略長蘇瑞堯表示,機器人的表面感測安全皮膚T-Skin是一種高速反應的觸碰急停系統,專為工業環境設計,具有雙迴路與斷線感知功能,也獲得了CE、UL等國際認證,並且擁有ISO/TS 15066衝擊測試報告,適用於任何機械手臂與工業應用情境。


當碰觸到機械手臂表面的任何地方,機械手臂都會立即停止作動,如此,除了提升機械手臂的防護安全,也能夠釋出大範圍的空間,創造人與機器在工作現場的合作安全,在人機協作時不必特別設置柵欄而使行動受到限制。目前ISO標準是台美日中的一致性標準,讓機器人產業不受地域性限制,正因為有特定的標準及規範可遵循,因此未來的發展可期。


智慧製造需要靈活和彈性,而提高生產的安全性和效率更是重要前提。機器人在未來產業中將不可或缺,而未來的機器人也一定會有觸覺,從供應鏈、系統整合商到一般使用者,人機協作在未來將逐漸成形,而靈活使用、法規遵循、環安完備則是推動人機協作的重點,具備這些條件才有機會搶得市場先機與商機。


為醫療保健業提昇效率

協作機器人可以應用的領域很廣泛。例如專業人力短缺、人員在工作環境暴露產生的危害問題、長時間反覆從事重覆性動作造成的勞損傷害,以及非自動化作業所產生的人為風險。例如醫療產業就是這樣的一種環境,不只是讓醫療保健產業面臨了挑戰,也使得醫護人員增加所承受的壓力。因此透過機器人的自動化來提升生產效率,協助分擔專業人員繁瑣及重複工作內容,實有其必要。


根據醫療保健產業的製程,可將製藥到醫療領域拆分成四個階段,分別為生產、物流、醫院營運及患者端,製造商需要更有效率的解決方案來提高營運品質、控制成本並加快研發時間,加速推出新產品,並同時利用自動化科技緩解專業勞動力不足的痛點。


針對這樣的需求,ABB發布了「醫療保健行業機器人自動化應用案例集」,以其在工業和協作機器人方面累積的經驗,解析全球醫療保健及藥品醫材產業運用機器人自動化科技,透過軟體數位技術的加持,並整合硬體設備,以機器人精確、穩定、持續作業的特性,來協助醫療保健行業,在人力資源短缺、勞動意識抬頭的產業現況之下,將協作機器人應用於醫檢、藥品、醫材及醫用化學製品等製程上,提升生產效率,並進一步協助分擔專業人員繁瑣及重複的工作內容,提升效能,釋放專業能量、提升勞動品質。


搭配AI視覺提高應用廣度


圖3 : 協作機器人必須更重視與人員之間的協作安全與效率。(攝影/王岫晨)
圖3 : 協作機器人必須更重視與人員之間的協作安全與效率。(攝影/王岫晨)

達明機器人自行研發的AI智慧視覺解決方案,可單獨使用,也可搭配協作機器人的內建視覺系統,成為具AI辨識功能的智慧型協作機器人,涵蓋傳統機器視覺與先進AI視覺能力,可以解決製造業最常面臨的瑕疵檢測難題:包含視覺辨識,涵蓋條碼讀取、文字識別、圖像分類、裝配有無、料件盤點等功能,目前也運用在日系汽車大廠出廠前的品質控管,以及導入連鎖披薩、炸雞店的產品辨識與控管,從製造業、汽車產業一直到食品產業皆可廣泛運用。


達明機器人為TM Robot S的軟硬體進行了升級,更智慧的視覺與周邊軟體整合、更直覺操作的人機介面、更嚴格安全的人機協作,適用於各產業應用場景,有助於落實智慧製造。除了原有的協作機器人系列之外,達明機器人也持續研發整體解決方案,協助企業跨越自動化瓶頸,縮短與智慧製造的距離。TM Robot S系列協作機器人強化了人機協同的工作安全,通過歐美安全認證,並擁有31項安全認證。因應各種產業環境,達明也提升了S系列的防塵防水等級規格,讓協作機器人能夠適應更多不同的環境佈署使用。


實現端到端自動化生產

人機協作為自動化作業流程帶來新願景,Universal Robots(UR)推出協作型機器人UR20,其負重能力可達到20公斤。透過全新的關節設計,除了可加速生產週期,更能處理重型物料。例如1,750公厘的臂長,是專為歐盟標準的棧板最大堆疊高度所設計,而占地面積小的特色,也讓廠房能保有更多作業空間。除了堆棧作業之外,這款協作機器人也適用於焊接作業、物料處理、機台上下料與操作等場域,也能和廣大合作夥伴生態系打造的創新解決方案相互結合應用。


Universal Robots於2008年推出了首台工業用協作型機器人,此後更透過UR+生態系整合逾1,100家系統整合商、經銷商與獨立合作夥伴,共同打造協作型機器人專用的組件、套件與應用程式。迄今已售出逾5萬台協作型機器人,新款的UR20匯集了過去的客戶體驗與回饋,可以協助客戶將人機協作提升到更有效率的境界。高負載的UR20能實現端到端的自動化,讓客戶能透過協作型機器人處理新任務。


結語

市場總是關心智能機器人的功能和應用,然而人的安全才是最重要的。特別是小型機器手臂這樣的協作型機器人,與作業人員近距離協作,不僅僅是要協助人們分擔工作,更必須防護好工作人員的安全,預防機器人「傷害人類」是必要的。例如德國萊因TUV便從不同產業的技術視角出發,分析產品的潛在風險,並參考相關國際標準,將主動安全和被動安全技術深化到機器人設計內,確保人類和機器人安全的情況下,完成人類指定的任務。


許多針對機器人的不同標準,除了是要讓機器人工作效率更高之外,更要能夠顧及到作業人員的安全。人機協作在未來將持續普及,除了在工業生產環境中更為普遍之外,更多的協作型機器人與小型機器手臂,也將會頻繁出現在人們的生活當中。


**刊頭圖(source:urrobots.com)


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