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  • 向工厂进击!工业用机器人大举降临

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    • 时间:2016-09-20
    • 来源: 物联之家
    • 编译:zy
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         导读: 近年来制造业技术革新的呼声渐大,在智能制造浪潮推进之下,企业对于自动化的需求持续攀升,工业机器人的角色因此益发重要。
     
      自从1950年代美国诞生了第一个工业机器人,它在全球拓展的速度便随着科技发展与时代变迁越来越快,尤其日本为了应对随着高龄化趋势出现的劳动力短缺,在1970年代渐渐超越美欧、跃升成为全球密度最高的工业机器人使用国。近年来制造业技术革新的呼声渐大,在智能制造浪潮推进之下,企业对于自动化的需求持续攀升,工业机器人的角色因此益发重要。
     





     
      工业机器人的组成
     
      工业机器人的出现原本是用来降低生产过程中的劳动成本,多见于3K产业(肮脏、危险、枯燥)的应用,一开始只是构造简单的运动部位,例如机械手臂,后来应对设备的多任务需求,渐渐发展成功能齐全的机器人。主要会以下列部分组成:提供机器人动力来源的驱动设备(Driver),例如马达、减速器等;臂部、足部、轮子与关节等机动设备(Mobility);相机、雷射测距仪等感测设备(Perception);讯息处理与传递的控制设备(Control);包含了语音、人机接口等通讯设备(Communication)以及电源(Power)。
     
      工业机器人的核心技术发展主要有两个:一为智能感测,二为运动控制系统。智能感测的应用,使得机器人不只是僵硬的机械,而能具备人的灵活度与应变能力,机器人因此能依据条件选择完成任务的最佳路径、并在复杂的变化中做出不同调整。未来若结合软件开发,机器人也会越来越灵活、具备更加强大的功能。
     
      另一个发展方向,则在于运动控制系统的改良与研发。在机器人运动学里,考虑的参数中除了速率、加速度与准确度等物理指标,还有一个重要的参数-轴数,轴数代表了机器人在空间中运动的自由度,类似于人类的关节。平面运动如果有两个运动方向就需要两个轴、若同时具备x、y、z轴的运动方向就需要三个轴-轴数越多,代表其灵活度越高。运动控制系统便是运用了上述的运动原理,来仿真人类的上肢与下肢运动。在其中,模仿上肢的机器人以实施多维运动来辅助工业制程,常见为焊接用的机器人;模仿下肢的机器人则多用于物料的搬运与输送。
     

     
      而依据应用区块的不同,机器人会有不同的运动方式,通常在生产在线工作的机器人,由于所需运动方式较为单纯,不会有超过六个以上的轴。可分成下列几种:
     
      1、单轴机器人-以滚珠螺杆及线性滑轨构成,由马达驱动的移动平台,运动形式单纯,是最先开始的发展机种,在自动化产业应用广泛
     
      2、直角坐标机器人-以三轴堆栈配合直线运动来操作,多用于搬运、取放
     
      3、SCARA机器人-以四轴(x、y、z三轴的平动自由度+z轴的转动自由度)的运动方式,适于装配、搬动和取放对象,结构轻便、反应快,多用于电子、3C产业
     
      4、并联式机器人(Delta)-多用于需高速取放、筛选取料的产业,如:食品业及电子检料等
     
      工业机器人的工作与应用产业
     
      工业机器人目前最主要以搬运用的工作为主,在许多自动化生产线里,需要机器人来进行上下料、物料的输送与传递。另外,在汽车工业中被广泛运用的则是焊接用的机器人,可以帮助车厂进行精密度、准确率较高的加工过程,目前在加工车间被引进的比例也越来越高。其他比如零部件的安装、拆卸与修复等装配用机器人、进行喷漆、点胶的喷涂机器人也是工业机器人常见的应用领域。另外,机器人也可见于零件铸造、切割等机械加工,以机械手臂的形式搭配工具机来进行。
     
      全球对于工业机器人的需求持续上升,在所有工业机器人的应用产业中,以汽车及其零组件加工行业居于各行业之首。无论在美国、欧洲或者亚洲地区,汽车工业在工业制程中运用机器人的比率均高达30%以上,主因是汽车工业是自动化程度非常高的领域,对于工业机器人的需求相对较高。随着技术发展与自动化投资的趋势,工业机器人的应用范围也不断扩大,除了在电子电气工业、金属制品业、橡胶及塑料工业及食品工业都有它的踪迹,近期工业机器人更将触角延伸至航天、核能、医药、生化等高科技产业领域,并发展出与消费者日常生活更加贴近的服务用机器人。
     

     
      人机协同的未来发展
     
      工业机器人的演进从早期的多机器人工作单元、多机器人协作模式到了现在的人机协同合作,经历了三个发展阶段,已逐渐往轻量化、高荷重、超高速的方向发展。
     
      在第一阶段中,以“多机器人工作单元的模式”为主,多台机器人在流水线式的生产在线进行同步化的加工,机器人进行单一指令,而步骤与步骤之间的连结则需靠其他机械辅助。第二阶段的「多机器人协作模式」则是多台机器人能够进行协调式的连续生产,取代了夹治具,有效降低生产成本。但在这两个模式中,因为机器人不具备感测人类的安全技术,仅能被划分在特定区域中工作,必须与工作人员隔离。而在结合传感技术、视觉技术与云端计算的发展以后,就进入了“人机协同”的第三阶段:机器人变得更轻、更灵活,也更具备智能制造的条件,并跨越了在工厂中人与机器人之间泾渭分明的界线。
     
      与人并肩工作的“协同型机器人”和从前最大的差异是能与人近距离的协同合作,只要机器人与人碰触,就会自动停止作业。也因配载了更简便的编程与指令方式,使得工作人员操作更为得心应手,只要经过快速学习,就能教导机器人操作不同的流程,不需要再培养懂得机器人语言、专门负责操作机器人的技术人才。人机协同的模式不仅能使机器与人类搭配合宜、截长补短,也比传统机器人所需的成本更低,在迈向智慧自动化的进程中,无疑能够成为工厂的一大助力。而紧接着,更进一步的感测功能不断精进,若再搭配机器自我学习能力、触觉、强制反馈等技术改良,将会强化机器人的辨识能力与作业效率,未来的应用领域将会更为广泛。
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