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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

300期2016年10月號

出版日期:2016/10/15

正方形 Icon 創新之鑰 Innovation

人與機器合作 揭開未來智慧工廠新樣貌

撰文/劉麗惠 攝影/黃鼎翔

各類工業機器人技術的出現,讓製造產業再一次掀起革命熱潮。工研院致力研發多項智慧化相關技術、產品及應用,迎接人機協作時代的來臨,也為人類生活與製造方式帶來更大的便利與可能性。

隨著工業4.0的推動,人機協作已是全球趨勢,而在協作過程中,「人」的安全是第一考量,是以安全型機器人成為目前製造業導入智慧化生產急迫需要的產品。
隨著工業4.0的推動,人機協作已是全球趨勢,而在協作過程中,「人」的安全是第一考量,是以安全型機器人成為目前製造業導入智慧化生產急迫需要的產品。

過去的自動化機器人,大量運用於「少樣多量」的生產製造型態,然而,隨著近年生產製造趨勢往「少量多樣」偏移,生產流程的複雜度愈來愈高,製造業若停留在傳統生產階段,恐將遭到市場的淘汰。因此,如何善用整合軟硬技術的機器導入生產,將成為提升廠商競爭力的關鍵。


工研院機械與機電系統研究所所長胡竹生指出,機器人最終是要成為企業助力,讓機器成為企業的好幫手,而非讓勞工成為附屬品。工研院開發各種先進機器人技術,除了協助臺灣傳統產業升級,讓現場人員從基層的操作員可升級為產線管理員;也希望讓臺灣整體製造業的發展更上層樓,提昇臺灣機器人在國際研發地位。


工研院於「2016年臺灣機器人與智慧自動化展」期間,展出多達10項智慧機械技術,並建構應用場域,讓大眾窺見未來工廠走向智慧化生產的具體樣貌。


 



安全型協作機器人與作業員安全共舞


隨著生產趨勢由全封閉的機器人單元,轉向人機協作,為確保「人」與「機器」可以在產線上完美協同合作,安全型機器人成為目前製造業導入智慧化生產急迫需要的產品。對此,工研院成功研發「安全型協作機器人」,已率先合乎國際標準組織(ISO)協作型機器人新技術規範ISO/TS 15066。


為保障勞工與協作型機器人一起工作時的人身安全,ISO於2016年二月發布ISO/TS 15066,詳細定義協作型機器人設計與安裝要求,以及安全風險評估準則。未來機器人製造商與零件開發商可依循此一規範進行設計,以確保勞工在協作型機器人環境下的人身安全。細看協作型機器人技術規範內容,包括人員碰觸到機器,機器人就必須停止;機器人可由人直接操作導引;警戒區動作調控,人員進入作業區,機器人會自動減速;在一定範圍內,機器人的力道和功率都應有所限制等。


工研院機械所組長游鴻修指出,儘管日本發那科( FANUC)等國際機器人大廠都已經推出安全型協作機器人,但觀察實際產業現況,要廠商將既有產線的機器人,一下子全數新購更換成安全型協作機器人,對於多數廠商來說都是極為冒險的大手筆投資,尤其,臺灣產業以中小企業為多,更是難上加難。


因此,工研院所開發的「安全型協作機器人」特別採模組化的設計,只要把模組裝置在既有機器手臂上,便可達到前述之安全防護功能,讓廠商不需鉅額投資,就能在產線導入安全型協作機器人。此外,工研院更成功開發「觸覺順應手環模組」,在機器手臂前端裝置此順應手環,便可用最直覺的方式操作機器人,並可達到精準定位的順應協作需求。


游鴻修提及,未來這項安全型協作機器人技術,將整合國產化機器手臂、控制器與感測器技術,希望藉此提高產品附加價值,並加速產業應用。未來,工研院也透過各種政府輔導計畫,協助臺灣廠商在產線導入智慧化、自動化生產,除了可望提升工廠走向少量多樣的生產效率,同時也確保人機協同工作時的人員安全。



CPS研磨拋光機器人能應用於水五金產業中,預計可縮短將近60%的零件打磨時間。
CPS研磨拋光機器人能應用於水五金產業中,預計可縮短將近60%的零件打磨時間。

CPS研磨拋光機器人技術 聰明擦亮水五金


除了持續站穩機器人在國際上的研發地位,工研院亦致力協助國內傳統產業導入智慧化生產,其中,又以應用於水五金產業「CPS研磨拋光機器人」最受矚目,甚至受到總統蔡英文的高度肯定。



游鴻修指出,傳統水五金產業都少不了研磨拋光製程,因為水龍頭的加工複雜性高,目前臺灣絕大部分水五金製造商都還是採用人工研磨,現場作業員必須戴口罩,在高溫、充滿粉塵的惡劣環境中工作,因此經常面臨人力缺工問題。



為了解決水五金產業缺工的、難以導入自動化等問題,工研院開發整合軟硬技術的CPS研磨拋光機器人技術,機器手臂以離線編程 EzSim軟體模擬自動生成生成加工路徑,可將每件水五金工件研磨時間將從傳統人工研磨的十分鐘,有效縮短至四分半左右,並可完成曲面、稜線之加工;最重要的是,透過物聯網監控場域資訊,回饋修正加工路徑,達成軟硬整合之目標。



相較於國外的拋光研磨機器手臂,人必須拿著水龍頭工件在國外機器手臂旁教導其研磨加工路徑,平均需要14天的教導時程才能讓機器手臂「學會」如何研磨一種工件;工研院的CPS研磨拋光機器人技術,將水五金的3D模型檔案載入軟體,只需一天便可完成機器手臂的教導,目前已獲國內第一大衛浴品牌和成欣業採用,宣告水五金產業邁向軟硬整合的加值新世代。



游鴻修進一步說明,透過導入CPS研磨拋光機器人,原本作為工廠的操作員,可以升級為產線的管理者,一次管理產線上多台機器手臂,不僅產能及良率提升,更可藉此提升勞工價值,充分展現智慧生產欲達到的生產效率提升、促進產業升級等目標。



游鴻修現場導覽時指出,工研院成功開發減速機撓性齒輪設計(下方圖片)及精密製造技術,將有助於臺灣打造出最純正MIT機器人,協助相關產業邁向國產化。
游鴻修現場導覽時指出,工研院成功開發減速機撓性齒輪設計(下方圖片)及精密製造技術,將有助於臺灣打造出最純正MIT機器人,協助相關產業邁向國產化。

最純正的MIT機器人 協助我國機器人建立自主供應鏈


為協助臺灣機器人產業提升競爭力,工研院持續投入於機器人關鍵零組件研發,實現機器人邁向國產化,協助臺灣廠商擺脫關鍵技術掌握在國際大廠手中的限制,同時建立我國機器人產業的自主供應鏈體系。



游鴻修指出,在一台機器手臂裡面,包含控制器、伺服馬達、驅動器、減速機、視覺模組,以及觸覺模組等12項關鍵零組件,以工研院自製機器手臂為例,減速機約占整機成本近20%,屬於關鍵零組件技術之一。過去,臺灣在減速機的研發、生產技術相對缺乏,今年工研院成功開發減速機撓性齒輪設計及精密製造技術,並已申請二項相關專利,結合國內業者製造基礎,利用產業拼圖的發展策略,打造出最純正MIT(Made in Taiwan)機器人,協助國內機器人產業持續邁向國產化。



「透過成功開發減速機等關鍵零組件技術,將使國內業者不再仰賴國外關鍵零組件,是國內自動化產業進入新的里程碑。」游鴻修強調,掌握機器人的關鍵零組件,可協助相當多元的產業應用,包括3C、金屬、半導體、工具機、醫療、航太等,都可協助業者導入各種自動化生產與應用,促進產業的發展,創造國內自動化產業的新契機。



綜觀來看,智慧機器人時代已經全面來臨,工廠生產的智慧化發展腳步,正如火如荼往前推進,在這臺灣產業轉型升級的關鍵時刻,工研院持續開發各種先進的機器人軟、硬體技術上,持續投入龐大的研發能量,協助我國製造業向上轉型,也為國內智慧機械產業的成長茁壯,注入源源不絕的能量。




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