工業機器手臂時代的到來

作者:Carol   |   2016 / 03 / 08

文章來源:股感知識庫   |   圖片來源:Jayroz


隨著科技和物聯網的發展,工業中特別是製造業對於機器手臂的使用可說是來到了極盛期,以機械代替人工勞動力的情況也愈來愈趨於常態。提到機器手臂,其來源於“ROBOT”一詞的中文譯名,人們往往受影視宣傳和科幻小說的影響,把機器手臂想像成外貌似人的機器或電子裝置。但實際並不是這樣,絕大多數機器人特別是工業機器手臂,外形上與人的外貌毫無半點相似之處。那麼,關於機器手臂的知識你瞭解多少呢?

什麼是工業機器手臂?

工業機器手臂普遍可以理解為“一種固定式或是移動式的機器,其構造通常由一系列相互鏈接或相對滑動的零件組成,用以抓取或移動物體,能夠實現自動控制可重複程式設計多自由度(軸)。其工作方式主要通過沿著X、Y、Z軸上做線性運動以到達目標位置。”

生活商機-工業科技動態-機械手臂構造

工業機器手臂主要由主體、驅動系統和控制系統三個基本部分組成。通俗的講,機器手臂的三個基本部分主要用途可以通過人體的三個器官來形象理解:

  • 主體即為“身體”,它有著手臂、手腕和手,通過主體可以把任一物件或工具按空間位置進行移動;
  • 驅動系統相當於身體內的神經組織和血液,為身體活動提供動力支持;
  • 控制系統起到大腦的作用,發佈運動指令,使“身體”可以按照輸入的指令編碼執行運作,完成作業要求。

如何瞭解一台工業機器手臂?

以下圖兩種規格為例:

生活商機-工業科技動態-工業機械手臂

1、機器手臂的負載

負載是指機器手臂在工作時能夠承受的最大重量。如果你需要將零件從一台機器處搬至另外一處,你就需要計算零件的重量在負載內,若實際的負載長期超出計算值,很可能會造成機器臂的損耗或故障的情況。

2、最大運動範圍

在使用機器手臂時,不僅需要關注負載,還要瞭解機器臂能達到的最大運動距離,即最大垂直運動範圍和最大水平運動範圍。實際使用中,不同規格機器人的運動範圍各有不同,而某些特定環境的應用對這些標準也有限制。

3、重複精度

重複精度是機器在完成每一個循環後,到達同一位置的精確度或差異度。精度在2D視圖中通常用“±”表示。通常機器臂可以達到0.5mm以內的精度,甚至更高。

4、速度

速度取決於工作需要完成的時間。規格表上通常給出的是最大速度,機器臂能提供的速度介於0到最大速度之間,以度/秒作為時間單位進行度量。

5、機器重量

工業機器臂需要安裝固定在工作臺或是軌道上,所以知道它本身的重量對設計相應的支撐由為重要。

6、自由度(軸)

一個機器人的自由程度,通常是指機器人可動關節的數量,大多數的工業機器手臂有3~6個運動自由度,用以連接臂部、腕部和手部。例如:有三個可動關節的機器人,將有三個軸(三個自由度),依此類推四軸機器人、五軸機器人…

機器手臂軸數及位置參考圖解:

生活商機-工業科技動態-機械臂軸

此外,工業機器人按臂部的運動形式分為四種:

  • 直角坐標型的臂部可沿三個直角坐標移動
  • 圓柱座標型的臂部可作升降、回轉和伸縮動作
  • 球座標型的臂部能回轉、俯仰和伸縮
  • 關節型的臂部有多個轉動關節

同時應該關注各軸的允許力矩,例如你的應用需要一定的力矩去完成時,就需檢查該軸的允許力矩能否滿足要求;否則,機器手臂很可能因超負載而故障。

工業電腦、雲服務助其一臂之力

機器手臂實現的基本功能是在空間裡抓、放、搬運物體等,隨著物聯網和雲端運算技術的跟進,使得工業電腦和雲服務為機器手臂注入了新的能量。IPC作為專用於工控的電腦,大大地提升機器手臂的使用及安全性能,而應用PLC控制技術的機器手臂能實現各種規定的工序動作,提高了精準度同時保障人身安全,對改善勞動環境起到了十分重要的作用。以協作型機器手臂為例,不但使大企業的生產流程更上一層樓,也為原本卻步於自動化生產的中小型企業開啟了新的契機。因此,搭載工業電腦的機器手臂開始逐步受到各大企業鍾愛。

另一方面,大數據時代通過雲端伺服器遠端控制機器手臂進行監測服務,在雲端伺服器上收集各項資訊(包括溫度、電壓、速度、錯誤等)資訊,通過大數據系統分析累計的資訊,來發現潛在的故障、優勢資源,改善生產效率。這使機器手臂的使用潛能得到了進一步的提升,也為其發展起到了極大的推動作用。

工業機器手臂的未來

那麼,使用工業機器手臂的好處有哪些呢?相較於越來越昂貴的勞動力,機器手臂可謂既提升工作效率又保證了產品的品質:如提高了機床的利用率,降低了工人操作錯誤帶來的殘次零件風險等。不僅如此,帶來的效益也十分的顯著:如減少人工用量、減少機床損耗、承包各種高危作業的任務、加快技術創新速度、提高了企業競爭力…等。

工業機器手臂具有高效性、持久性和準確性,被應用在包括焊接、刷漆、組裝、和放置(如包括、碼垛)及測試等。隨著時代發展,工業機器手臂已不再局限於上述領域的使用,機器手臂在汽車與汽車零件製造業得到了更多的關注與重視。眾多車廠採用並實現機器手臂作業,如採用氣動平衡手動控制代替人工進行零件的搬運,大量安裝汽車檔風玻璃、儀錶板、天窗等,以減輕操作者的勞動強度;而機器手臂尤其對於人工不宜搬運的物件如蓄電池的運送,更可以避免電池溶液等危險品對人體的傷害。

工業機器人(機器手臂)的需求近年來在世界各地不斷上升,美洲地區工業機器人於汽車產業的需求約達總份額61%;亞洲市場也進入急速擴張時期,工業機器人產業近年來已成為各國政府政策重點扶持的戰略新興產業。在未來,機器手臂將結合自身技術的不斷進步、工業電腦的更新迭代以及雲端大數據的反覆運算,為人們帶來愈來愈多的效益。

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Carol
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