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协作型机器人将成智慧工厂的另一要角
安全性为重要关键

【作者: 葉奕緯】2018年05月24日 星期四

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汉诺威工业博览会(HANNOVER MESSE),是世界上规模最大的工业技术博览会。它每年都会在德国北部城市汉诺威的汉诺威展览中心举行,每年约有6000个叁展商及约20万名国际叁观者。


以工业的演进看来,标准品的制造需仰赖高度自动化,让效率增加;接着,有了多元规格的需求,单一标准化已无法应付现今需求,因此客制化产品随之出现,需仰赖人机协作才能达成;而今天的设备则需要智慧化,工厂要制造出更细致的产品,也必须让生产更有弹性,因此各种感测器设备开始被加装在机器上,让机器的灵敏度增加,也能收集各式资料回传云端,进行分析。


目前在汽车、工控、零组件的生产制造上,已经大幅运用机器人与人协作,而非纯粹将工厂无人化,相较於高成本导入的工业机器人,协作机器人的布建成本较低、操控容易,同时也可以按照不同状况调整运作模式,也能与人类在同一个环境中工作互补;但相较於传统工业机器人来说,协作型机器人需要更注意工安规范,以保证共同工作者的安全。


在2018年「台北国际智慧机械暨智慧制造展(iMTduo)」中,工研院便展出一项人机协作产品,其团队Mechavision已经正式技转并成立公司,这项产品主要是透过一组皮肤感测器,搭载於机器手臂中所组成,并当人员触碰到感测器时,即能让它停止运转,其触碰速度、力量皆能调整。特别的是,它只需要将感测器挂载於机器手臂上便能使用,不需要购买整套机器手臂设备。



图1 : Mechavision推出一组类皮肤感测器,以防发生碰撞危险。(摄影/叶奕纬)
图1 : Mechavision推出一组类皮肤感测器,以防发生碰撞危险。(摄影/叶奕纬)

协作式机器人出现 彰显人类操控角色

不管是协作机器人或传统工业用机器人,这两者在工业自动化历程中占有极为重要的一部分,当协作机器人的市场越来越大,人类的角色也将逐渐从「制作」转为「操控」阶段。


如KUKA开发了一款用於人机协作的机器人━KUKA LBR iiwa。该款机器人使用智慧控制技术、高性能感测器和最先进的软体技术, LBR iiwa透过关节力矩传感器可立即识别接触并降低力和速度,并能感测位置和缓冲控制,降低夹伤或剪伤的风险。


LBR iiwa等人机协作型机器人在KUKA flexFellow等移动式平台的帮助下,可以不受位置和作业的限制,在操作上更具灵活性。此外,它也以动力控制的方式快速识别物件轮廓,高准精度地安装工件。



图2 : LBR iiwa透过关节力矩感测器可识别接触并降低力和速度,降低夹伤或剪伤的风险。(source: businesswire)
图2 : LBR iiwa透过关节力矩感测器可识别接触并降低力和速度,降低夹伤或剪伤的风险。(source: businesswire)

内建视觉的协作型机器人━达明机器人,推出全新高负载机器人系列TM12,首度於德国汉诺威登场。


TM12可负载能力大於市面上相同臂长的协作型机器人,载重高达12公斤,工作范围高达1300mm,且其M系列机种能搭配高机能移动AGV,是半导体产业的选择之一。


达明机器人除了内建视觉辨识外,还使用独家TM Landmark专利精准定位与座标调整,因此机器手臂摆脱定位束缚,可自由移动布署任务,它可以直接透过视觉辨识搭配,完成双机甚至多机手臂的协作任务,弹性应用於各式产业不同制程。


此外,还能透过双机甚至多机协作大幅减少治具、增加应用自由和缩短制程时间。达明机器人可单独甚至多机协同作业,一机多用节省成本提升效率,大幅实现弹性自动化未来。


在汉诺威展中,达明也展示工厂即时连线━TM Manager,能将设备讯号或IT资料库互相联网沟通并监控,并在历史资料中找出事件发生的周期,进而提供大数据分析功能,预测故障发生,提高产能减少维修成本,提供人机共存的高效率智慧工厂。


达明机器人为台湾少数推出新式智慧协作型机器人的公司,从研发生产到自有Techman Robot品牌营销,拿下台湾精品、德国iF、红点reddot设计等国内外大奖。这次汉诺威展更代表台湾智慧机械受邀至台湾形象馆展出,达明机器人拥有聪明、简单、安全的特性,符合工业4.0少量多样快速变迁的产业需求,将协助各产业实现弹性自动化无人工厂未来。


日本以机器人取代劳动力

机器人的利用将从此前的汽车等大型制造业企业,扩大至食品和物流行业,三菱电机将面对此项趋势,开始发展能与人一起完成工作的协作型机器人,解决日本劳动力短缺日趋严重的问题。


三菱电机已开发出多关节型、单手臂的协作型机器人。在与人接触後能自动停止,同时配备了利用者可在直接驱动机器人的同时教授动作的直接教学(Direct teaching)功能。


另外一间日本企业发那科,在工厂导入机器人系统(Robot Cell)後,能够24小时不停工,其机器人已进展到不需预先输入程式,由人员直接指导就能上线作业,按照指示反覆相同动作,在无人监控下,一次可运行长达30天。



图3 : 发那科协作机器人展於iMTduo。(摄影/叶奕纬)
图3 : 发那科协作机器人展於iMTduo。(摄影/叶奕纬)

另一家日本安川电机则配合业者需求,提供一对一客制化的开发解决方案、客制化的智动化技术,并开发人机协同作业系统与生技业相关的机器人应用。安川的合作夥伴厂商包括有盟立、新汉、东元电机等大厂。


此外,安川电机也进驻中科设厂,主要研发制造机器人自动化设备与提供技术服务,有包括2D/3D视觉抓取功能、六轴力觉感测功能与机器人模拟软体等应用开发。


UR机器手臂用於各式场域

丹麦最大机器人制造商Universal Robots(UR)也在协作型机器人上重点投资,UR的机器手臂为六轴设计,体积小又轻巧,重复精度达正负0.1公分,无论是建置或编程都相当容易。以系列机种UR3来说,重量仅11公斤,只需四颗螺丝就能固定,能弹性应用在传统工业机器人所无法进入的产线中,也能快速让操作人员学会使用。


除了建置与操作简便外,UR也强调机器手臂的安全性,不仅通过德国技术检验协会TUV NORD核准验证,也符合ISO 13849安全规范,能与作业人员一起工作而不需加装围篱防护,一旦与人员有所碰触就会立即自动停止作业。


台湾ODM厂纬创便是采用UR机器手臂的厂商之一。纬创为升级旗下笔电自动化生产过程,於2015年初建置60台UR机器手臂,後来产品良率、稳定度及获利都大幅提升,同时降低营运成本。


UR机器手臂在台主要锁定电子业与汽车业,适用於各种规模的生产环境,能灵活使用於装配、取放、焊接、打磨、喷涂、包装与堆叠等应用。



图4 : UR机器手臂建置与操作简便,能应用於各式场域。(摄影/叶奕纬)
图4 : UR机器手臂建置与操作简便,能应用於各式场域。(摄影/叶奕纬)

协作机器人的定义是能与人类共同在生产线工作提升效率,同时须符合安全规范。当使用者进入所设定的危险区域时,光栅会自动侦测外来物体,机器人会降至安全速度,保持使用者安全。反之当机器人超出所设定之安全范围,也会降低速度,保护共同作业的使用者安全。


在进入无人化工厂的世代前,协作型机器人将大幅布建在各式厂房中,成为此一时期生产制造的关键主力。


**刊头图:2018德国汉诺威展。(source: Vogel Italia)


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