機械手臂的種類、價格與品牌比較

不同的自動化產線須搭配不同的機械手臂,而在選擇機械手臂之前,多方比較不同類別的應用、優缺點、品牌與價格,都是必要的。以下透過機械軸數、驅動方式介紹不同的機械手:

首先,最常見的是關節型機器人,以機械自由度(軸數)區分:

1. 三軸機械手臂

優點-定位精度高、結構簡單、容易編程
缺點-空間體積大,動作範圍小,不容易與其他機械手臂合作
又可稱為笛卡爾機械手臂、直角坐標型機械手臂。運動方式沿著 X、Y、Z 三軸做平面移動及垂直升降,經常應用於搬運和簡單的組裝作業。

2. 四軸機械手臂 (SCARA 機械手臂)

優點-結構輕便、反應快速
與三軸的差異在於 Z 軸增加了可旋轉的自由度。提升在XY 平面上移動及涵蓋的工作區域。最常運用於平面快速裝配,例如電路板和電子零部件作業等。

3. 五軸與六軸機械手臂

優點-動作靈活
缺點-編程較難且準確度較低
同上四軸與三軸間的概念,五、六軸的機械手都是往上增加旋轉軸,以期達到更大的工作區域與靈活性。
以六軸機械手臂說明,除了 X、Y、Z 三個方向軸,再搭配了三個U、V、W旋轉軸,因此幾乎沒有運作死角,作業上可以進行多種角度、方向的加工,在汽車廠、大型加工廠中是很常見的機械手臂。

鼎方機械廠內有販售關節型與柱型機械手臂,在自動化產線中協助搬運、上下料等作業,提高生產效能。
鼎方機械廠內有販售關節型與柱型機械手臂,在自動化產線中協助搬運、上下料等作業,提高生產效能。

若以機械的驅動方式分類,不同類別主要影響其承重、速度與穩定性:

1. 氣壓式

優點-動力來源容易取得、結構簡單、無污染性
缺點-穩定性相對低、抓舉力小
動力來源取自空氣,因此具有無汙染性的特性,被廣泛運用在電子廠等較嚴格的作業環境中,但同時空氣也具有可壓縮性,容易降低機械工作速度的穩定性,機械手的抓舉力也相對較小,通常只有十至一百多牛頓。

2. 液壓式機械手臂

優點-抓舉力大、傳動平穩、動作靈敏
缺點-密封要求較高,不宜在高溫或低溫環境下工作
相比氣壓,液壓壓力更高,因此抓舉能力有大幅提升,可達上千牛頓,常使用於汽車工業中,作業負重較大的製程之中。

3. 電動式機械手臂

優點-結構簡單、體積小、型號最多
缺點-承重力較差
市面上多數的小型機械手臂皆以電動式為主,也因為結構簡單、體積小,機械的控制的方法可以更為靈活,但對於大型或重量作業上,就相對難以執行了。

然而,隨著產業應用的延伸,不同製程各有適合搭配的夾治具與使用方式:

不同製程各有適合搭配的夾治具與使用方式

例如上述提到的三軸到六軸的關節型機械手臂,基於擬人化關節的靈活性,因此有較高的通用性,可以在加工製程中擔任換料換模的角色,其次近來在自動化物流、精密的手術操作甚至日常的料理也開始被廣泛應用。

其次門型機械手臂,自動化門型機械手主要應用於金屬加工自動上、下料,但因為是以直交座標式構造設計,因此加工路線固定,適合搭配CNC車床進行加工。

其次,在鼎方機械還有一種柱型機械手,改善關節型機械手承重量輕、設備成本高的缺點,相比門型機械手又能擁有更通用、更安全的特性,適合搭配铣床加工。

柱型機械手臂
鼎方機械柱型機械手臂

铣床加工一直是鼎方機械所專注優化的領域

豐富的铣床加工經驗讓我們了解產業在加工上的困境與需求,因此於2019年3月份成立研發部門,將零點定位初版研發而成並透過持續的改善後,最終成功取得數個海內外專利。而後也在2020年10月份啟動機械手臂的研發。希望透過零點定位及機械手臂的整合,能夠對於自動化工業4.0的廠商帶來卓越改善成果及更多選擇,進而達到優化製程、改善良率、自動化、節省成本等核心價值。

了解不同的機械手臂類別後,便進入到品牌的認識與購入選擇。目前市場常見的機械手臂大廠主要由:FANUC、安川、KUKA與ABB,佔為四大品牌,以下簡介:

FANUC

成立於1956年,是來自日本專門研究數控系統的公司,更是世界上最大的專業工業機器人生產廠商之一,目前占據全球 70% 的市場份額。
機器人產品系列多達250 種,廣泛應用於裝配、搬運、焊接、鑄造、噴塗、碼垛等不同生產環節。

安川

自 1977 年研製出第一台全電動工業機器人以來,已有28年的研發生產歷史,旗下擁有 Motoman 美國、瑞典、德國以及 SyneticsSolutions 美國公司等子公司。核心工業機器人產品包括:點焊和弧焊機器人、油漆和處理機器人、LCD玻璃板傳輸機器人和半導體晶片傳輸機器人等。

KUKA

1898年由約翰·約瑟夫·凱勒、雅各布·科納皮希在奧格斯堡建立。
1973年建成全球第一台六軸機電驅動的工業機器人FAMULUS。
生產的機器人搭配解析度達640 x 480像素,帶一個6D集成滑鼠的控制面板(KCP)。透過滑鼠的操作便可控制機械手的運動。生產的機器人多應用於物料搬運、加工、堆垛、點焊和弧焊,以自動化、金屬加工、食品和塑料等行業為主。

ABB

成立於1988年,以機器人、電機、能源、自動化、鐵路列車等領域為主要經營範圍。2018年,該公司在財富世界500強中排名第314位,已連續位列該榜單23年。
ABB機器人在53個國家、100多個地區開展業務,核心技術為運動控制系統,而鼎方機械的彈性製造系統,亦可搭配ABB關節行機械手進行。

關節型機械手臂
鼎方機械的彈性製造系統,可搭配ABB關節型機械手進行。

了解機械手臂的種類與品牌差異後,應該如何選擇機械手呢?
簡單來說,仍要回到根本的問題來考量:

分析工廠自動化的需求、成本與經驗,了解自身的需求與困境後,若是預算有限或初步嘗試的中小企業,也可以從台灣機械代理商或本土的機械公司中,選擇可以參觀的工廠,或者在可承擔的成本範圍內,先搭配一組夾治具做嘗試,藉此了解設備是否適合自身需求之外,出現問題時也更容易進一步聯繫、處理。

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參考資料:
工業機器人四大家族,你知道幾個?
機械手臂完整應用領域及案例說明;不同種類、品牌、價格有何差異?六軸、四軸機器手臂該如何選擇?

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