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協作機器人百家爭鳴 靈活性和感測技術定天下
比較12家大廠商解決方案
[作者 吳雅婷]   2019年08月13日 星期二 瀏覽人次: [3721]

工業4.0的進展馬不停蹄,勤業眾信的《2019科技趨勢:跨越數位邊界》(2019 Tech Trends: Beyond the digital frontier)報告指出,近兩年科技產業新興技術的前三大亮點,分別是人工智慧(AI)、智慧型介面(intelligent interface)和體驗行銷(experiential marketing)。而協作機器人(cobot)便大大地應用了其中兩項關鍵技術—人工智慧和智慧型介面,在智慧製造版圖中,各工業機器人大廠紛紛進駐協作機器人市場,透過精進這些技術,得以更穩健地逐步擴張領地,市場呈現一片百家爭鳴。


奠基前業 負載和精度再提升


圖一 : 12家大廠商解決方案比較
圖一 : 12家大廠商解決方案比較

世界四大工業機器人廠商—瑞士的ABB、德國的庫卡(KUKA)和日本的發那科(Fanac)、安川電機(YASKAWA),各自奠基在數位控制、運動控制、伺服控制系統和電力等方面的技術強項,其協作機器人在負載和反復精度上表現亮眼。這兩項性能指標顯現各款機器人在從事高重複性、高度依賴勞力的工作時的高效率,反應普遍對工業自動化設備需求的認知—取代人力以及準確性。在負載能力上,Fiat旗下的科馬(Comau)最為突出,高達170kg;而在反復精度方面,反復精度和負載能力基本上成反比,一般常規負載能力(10kg以下)的機型中,發那科最為精確,其次是ABB,再來是優傲、博世(Bosch)。



圖二 : 世界四大工業機器人廠商—ABB、庫卡、發那科和安川電機生產的協作機器人負載能力比較。(製圖/CTIMES 2019)
圖二 : 世界四大工業機器人廠商—ABB、庫卡、發那科和安川電機生產的協作機器人負載能力比較。(製圖/CTIMES 2019)
圖三 : 12家廠商各協作機器人型號的反復精度比較。(製圖/CTIMES 2019)
圖三 : 12家廠商各協作機器人型號的反復精度比較。(製圖/CTIMES 2019)

人機協作 輕巧安全是關鍵

和關節型機器人(articulated robots)、SCARA機器人等其他工業機器人相比,協作機器人的優勢,便在於其操作靈活性和感測技術帶來的安全性。靈活性包含機器人機身設計上硬體設置和實際運作時的彈性和機動性,以及直觀的操作介面。後者決定了如何讓操作人員更快且更便利地學習操作機器人,進而在無圍籬的工作環境下近距離協助人類完成工作。


而前者—操作靈活性,和機器人的自由度、單臂或雙臂的設計有關。由於協作機器人對靈活性的需求,市面上的機型基本上都配備六個關節,也就是六個自由度,讓機器人能在X、Y、Z軸上移動,並可以在這三軸上獨立旋轉。


除了主打低成本工業自動化設備的公司,像是美國的ST Robotics,其機型基本上是五軸,六軸為選擇性配置;而配有七個關節或自由度的機型則能完成更複雜的操作,並節省操作空間,目前已有七軸機型的廠商有ABB、庫卡和其投資的德國新興機器人技術公司Franka Emica、美國MIT團隊創立的Rethink Robotics,還有以仿生機器人聞名的德國自動化技術供應商飛斯妥(Festo)。


另一個精進靈活度的設計是雙臂,和人類手臂的生物特徵呼應,雙臂設計可擴大工作半徑,方便機器人完成更複雜的動作,然而這類發展仍在研發階段,其負載和精度能力較單臂不足,能應用的領域有限,12家廠商中僅Rethink Robotics和ABB兩家推出。


此外,協作機器人的本身重量和佔地面積也是決定硬體設置靈活性的重點。12家廠商大部分機型皆在60公斤以下,僅發那科和科馬推出超過一百公斤的高負載機型。除了這些大型機型外,各家廠商其餘機型有一半的機身重量皆在25公斤以下,可見機身輕巧是目前市場趨勢。


同樣是機器人製造商的優傲(Universal Robots),其UR系列便是以輕量型機型著稱;台灣廣達集團旗下的達明機器人(Techman Robot)更結合自動搬運車和協作機器人,推出了常規和中高負載的移動式協作機器人,增加機器人活動的靈活性,目前在協作機器人市場已成功超越發那科,升為前二大廠。



圖四 : 12家廠商各協作機器人型號的機身設計比較。(製圖/CTIMES 2019)
圖四 : 12家廠商各協作機器人型號的機身設計比較。(製圖/CTIMES 2019)

而安全性方面更是協作機器人和工業機器差異化的根本,透過人工智慧增強的機器視覺和觸覺技術,各家廠商加裝2D、2.5D或3D攝影機,以及力和力矩感測器等,確保人機協作過程中人類靠近或碰觸到機身時,機器人能即時感測並做出減速或停止運作的判斷。


市場黑馬 未來需求高成長

在全球的模組化機器人市場中,協作機器人可能成為黑馬,異軍突起。根據市場調查機構Transparency Market Research的《模組化機器人的全球市場—產業分析、市場規模、市場佔有率、成長性、市場趨勢及未來預測》(Modular Robotics Market—Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends, and Forecast, 2019-2027)報告,高度自動化產業—像是汽車和電子產業,生產過程除了運用傳統工業機器人,現在更利用協作機器人完成特定工作,因此預計協作機器人在2027年前的發展,將有大幅度的成長。


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