機械手臂

作者:Lillian   |   2014 / 11 / 01

文章來源:股感知識庫   |   圖片來源:股感知識庫


一台機器除了內在控制系統能提升自動化的程度外,外型的改變也會使得機器設備做到以往做不到的事,增加更多自動化的可能,就像生產線上的機台,以前只能呆板的上下抓取或左右移動,常常一個包裝的製程就要拆解成十幾二十個動作,一個動作一台機器負責,一個製程下來就要二、三十台機器,造價驚人;而今隨著機器設備外貌改變,就像是機械手臂,多軸控制的運作,一個動作往往就能完成一系列的步驟。

Workers at the factory operation

其實機械手臂(robotic arm)就是一種自動化設備,多半被應用在工業的生產線上,主要功能是在幫助人類完成工作,所以仿人類最靈巧的手臂為樣子來進行各種夾取、鑽孔、組裝等精細動作。與一般自動化設備最大的不同處在於多關節連結,這樣的功能使機械手臂可以在三度空間任意移動,做到高階非線性運動,而這正是過去機器無法相比之處。

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大家最熟悉的機械手臂─挖土機

機械手臂在構造上除了控制器與感測器外,最大的特色就是組成多關節連結的機械零組件,其中線性滑軌、滾珠螺桿及軸承等關鍵零組件更是被經濟部列為重點發展且極力扶植的對象,如下圖這些零組件最大的功能就是使機器能任意在三維空間中做各種動作。

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當然,機械手臂能順利運作絕不只有這些零件,像齒輪或螺帽等也都會出現在機械手臂中,而這些零件所屬的精密機械產業就是自動化設備與機器人產業的上游,在未來,機器人的商機看俏,這些精密機械自然也就跟著水漲船高。

有了這些構築在外的機械零件,要使這些多關節零件能同時的精準運動,需要的就是控制器以及驅動各關節動作的馬達,目前工廠中的機械手臂多半有四到五個關節,隨著自動化程度不斷提升,機器必須要能做更多的事,「多軸化」儼然成為產業未來發展的方向。

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所謂的「多軸化」是指一隻機械手臂上驅動各關節動作的不同馬達同時或依序運作,或是指整條生產線上所有機械手臂的馬達一起動作,合力完成所有工作;簡言之,多軸的關鍵在於多顆馬達的相互配合,當一個軸轉動了某個角度時,其它各部位的軸都要跟著動,這種相對動作的搭配正是機械手臂最複雜之處,但也是自動化升級的關鍵所在,愈多軸的應用,表示機器能做的工作愈多,將大幅提升產線的加工層級,像以半導體的製程來說,要完成一個封裝作業,一條產線上可能就需要將近60多軸同動,也就是說十來隻的機械手臂要同時進行著各種工作,試想一下,這60多顆馬達能合作無間且即時精確的驅動各關節動作,這是多麼複雜的工程。

多軸加工的應用,讓愈來愈多產業逐漸走向高度自動化,紡織、焊接、食品和精密加工等產業都大量導入機械手臂於生產線上,一隻機械手臂依照不同產品或產業就能設計出二、三十種的工作方式,就像常用於食品包裝的蜘蛛型機器人,一支抵八個人力,那麼產能就是人力的八倍,當然,全面自動化的應用並不僅限於生產線上,連工廠的倉儲、檢測以及物流等,各行各業也都積極導入中,未來將有更多工作是由機器來完成,自動化無人工廠已非難事。

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Lillian
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