機械手臂完整應用實例分析

不同產業如何運用? 未來發展趨勢?

機械手臂的英文是(robotic arm),也可稱為機械手(manipulator)。機械的關節模仿人類構造,整體由機械主體、控制器、伺服機構和感應器所組成,依不同需求可以經由程式設定為線性或三度空間運動方式,完成無數次的的正確規律運作,在現今自動化生產、工業4.0製造業中是非常重要的夾治具。

第一台專門應用於產業生產的機械手臂是由「機械手臂之父」-約瑟夫·恩格伯格(Joseph F. Engelberger)發明,並在1956年利用喬治·迪沃爾(George Devol)所授權的專利技術,研發出第一台工業用機械手臂,名為「Unimate」,機械誕生後的首次應用是在美國通用汽車的壓鑄作業上。

同一時期世界各國的機械手臂也正在萌芽發展階段。

例如:
日本不二輸送機工業株式會社(Fuji Yusoki Kogyo Co. Ltd.),在1963年製造出專門使用在棧板裝載(Palletizing)的機械手臂進行搬運工具,此時已經從單一、重複的加工動作,擴大到減輕人力負擔的搬運機械上。

機械的精度與耐用性減少許多人為的不可預知問題,自第一台產業用機器人發明以來,機械手逐漸取代於人工無法進行或者會耗費時間成本的工作,實際可應用於裝配、加工、熔接、切削、加壓、貨物搬運、檢測等等。

機械手臂可以協助自動化產線進行上下料盤的動作,減輕人員操作的危險性,並維持製程的精準度。
機械手臂可以協助自動化產線進行上下料盤的動作,減輕人員操作的危險性,並維持製程的精準度。

整體而言,
基礎的三軸機器人即可完成快速取放、物流、包裝等任務。多軸機器人則可進行負重高或更精密的加工操作,是汽車與電子相關產業不可或缺的器械。總結目前產業機械手臂的使用量,以汽車、汽車零組件、化工、橡膠和塑料等為最大宗。

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特別的是,
跳脫工業生產,機器手臂應用也開始走向多元化。各國為了提升機器人的技術水準,也在推廣機器人產業與創立相關聯盟,應用範圍不斷擴展,甚至走向生活化。

以醫療為例:
最常聽到的便是達文西機器手臂,結合顯微影像顯示系統的手術型機器人,提高微創手術的精準度,除了使手術進行更順利之外,也能縮小傷口範圍,讓患者更快結束恢復期。

以餐飲業為例:
國外部份餐飲業者也開始使用機械手進行炸物或簡易的料理作業,設定機械進行重覆與固定的操作路線,輔以對食材料理時間的精準控制,餐廳人力便能運用於其他不可替代性的工作之中,提高作業的整體效率。

以農植產業為例:
英國的倫敦國王學院(King’s College London)進行一項研究計畫(Grower-Reprogrammable Robot for Ornamental Plant Production Tasks),開發可協助植物溫室工作人員摘取植物的機械手臂,將重複性工作交付由機器人完成,藉此解決了季節勞工的短缺問題。

總結觀察可以發現,
機械的運用其實都是在於「解決問題」。而發展至今,產業的趨勢包含:

1. 追求快速與精準

現今市面產品越來越精緻,因此對加工過程中的精準度要求也持續提升,而在精準度與效率需同步兼顧的情況下,不論是搭配不同產品提高精度(例如:零點定位器),或者針對生產工具進行更新、研發,都是必須時時關注的。在資訊快速翻轉、技術不斷優化的世代下,時刻保持對新技術的學習與嘗試,將成為工業自動化轉型應具備的能力之一。

鼎方機械彈性製造系統的關鍵角色「零點定位器」,以固定原點的方式,確保加工過程快速且精準的進行
鼎方機械彈性製造系統的關鍵角色「零點定位器」,以固定原點的方式,確保加工過程快速且精準的進行。

2. 客戶的多樣化需求

少量多樣化的客戶需求,在傳統工業上是一大挑戰,由於工廠需控制時間與成本的平衡,因此面對客戶的多樣化需求,需提高換線效率與模具開發能力,因此彈性製造也成為現代工業的趨勢。

3. 環境人才需求

由於作業環境相對不友善,加上作業過程的危險性,造成產業聘人不易,因此工業機械的應用可以讓具重複性、高危險性的作業由機械來代替,使人員操作過程可以更加輕鬆、安全。
再進一步來看,工業自動化設備看似替代了人的工作,但事實上人力需求卻轉移在生產設計、操作編程與研發機械等面向,未來技術人力的培養或許會成為趨勢。


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參考資料:
維基百科-機械手臂
機器手臂的發明者,及機器手臂的持續發展
機器手臂多元運用與發展
https://www.digitimes.com.tw/

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