機器人的發(fā)展史與應用組成
自從1950年代美國誕生了第一個(gè)工 業(yè)機器人，它在全球拓展的速度便隨著(zhù)科技發(fā)展與時(shí)代變遷越來(lái)越快，尤其日本為了應對隨著(zhù)高齡化趨勢出現的勞動(dòng)力短缺，在1970年代漸漸超越美歐、躍升成 為全球密度最高的工業(yè)機器人使用國。近年來(lái)制造業(yè)技術(shù)革新的呼聲漸大，在智能制造浪潮推進(jìn)之下，企業(yè)對于自動(dòng)化的需求持續攀升，工業(yè)機器人的角色因此益發(fā) 重要。
工業(yè)機器人的組成
工業(yè)機器人的出現原本是用來(lái)降低生產(chǎn)過(guò)程中的勞動(dòng)成本，多見(jiàn)于3K產(chǎn)業(yè)(骯臟、危險、枯燥)的應用，一 開(kāi)始只是構造簡(jiǎn)單的運動(dòng)部位，例如機械手臂，后來(lái)應對設備的多任務(wù)需求，漸漸發(fā)展成功能齊全的機器人。主要會(huì )以下列部分組成：提供機器人動(dòng)力來(lái)源的驅動(dòng)設 備(Driver)，例如馬達、減速器等;臂部、足部、輪子與關(guān)節等機動(dòng)設備(Mobility);相機、雷射測距儀等感測設備 (Perception);訊息處理與傳遞的控制設備(Control);包含了語(yǔ)音、人機接口等通訊設備(Communication)以及電源 (Power)。
工業(yè)機器人的核心技術(shù)發(fā)展主要有兩個(gè)：一為智能感測，二為運動(dòng)控制系統。智能感測的應用，使得機器人不 只是僵硬的機械，而能具備人的靈活度與應變能力，機器人因此能依據條件選擇完成任務(wù)的最佳路徑、并在復雜的變化中做出不同調整。未來(lái)若結合軟件開(kāi)發(fā)，機器 人也會(huì )越來(lái)越靈活、具備更加強大的功能。
另一個(gè)發(fā)展方向，則在于運動(dòng)控制系統的改良與研發(fā)。在機器人運動(dòng)學(xué)里，考慮的參數中除了速率、加速度與 準確度等物理指標，還有一個(gè)重要的參數-軸數，軸數代表了機器人在空間中運動(dòng)的自由度，類(lèi)似于人類(lèi)的關(guān)節。平面運動(dòng)如果有兩個(gè)運動(dòng)方向就需要兩個(gè)軸、若同 時(shí)具備x、y、z軸的運動(dòng)方向就需要三個(gè)軸-軸數越多，代表其靈活度越高。運動(dòng)控制系統便是運用了上述的運動(dòng)原理，來(lái)仿真人類(lèi)的上肢與下肢運動(dòng)。在其中， 模仿上肢的機器人以實(shí)施多維運動(dòng)來(lái)輔助工業(yè)制程，常見(jiàn)為焊接用的機器人;模仿下肢的機器人則多用于物料的搬運與輸送。
而依據應用區塊的不同，機器人會(huì )有不同的運動(dòng)方式，通常在生產(chǎn)在線(xiàn)工作的機器人，由于所需運動(dòng)方式較為單純，不會(huì )有超過(guò)六個(gè)以上的軸?？煞殖上铝袔追N：
1、單軸機器人-以滾珠螺桿及線(xiàn)性滑軌構成，由馬達驅動(dòng)的移動(dòng)平臺，運動(dòng)形式單純，是最先開(kāi)始的發(fā)展機種，在自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)應用廣泛
2、直角坐標機器人-以三軸堆棧配合直線(xiàn)運動(dòng)來(lái)操作，多用于搬運、取放
3、SCARA機器人-以四軸(x、y、z三軸的平動(dòng)自由度+z軸的轉動(dòng)自由度)的運動(dòng)方式，適于裝配、搬動(dòng)和取放對象，結構輕便、反應快，多用于電子、3C產(chǎn)業(yè)
4、并聯(lián)式機器人(Delta)-多用于需高速取放、篩選取料的產(chǎn)業(yè)，如：食品業(yè)及電子檢料等
工業(yè)機器人的工作與應用產(chǎn)業(yè)
工業(yè)機器人目前最主要以搬運用的工作為主，在許多自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)里，需要機器人來(lái)進(jìn)行上下料、物料的輸送 與傳遞。另外，在汽車(chē)工業(yè)中被廣泛運用的則是焊接用的機器人，可以幫助車(chē)廠(chǎng)進(jìn)行精密度、準確率較高的加工過(guò)程，目前在加工車(chē)間被引進(jìn)的比例也越來(lái)越高。其 他比如零部件的安裝、拆卸與修復等裝配用機器人、進(jìn)行噴漆、點(diǎn)膠的噴涂機器人也是工業(yè)機器人常見(jiàn)的應用領(lǐng)域。另外，機器人也可見(jiàn)于零件鑄造、切割等機械加 工，以機械手臂的形式搭配工具機來(lái)進(jìn)行。
全球對于工業(yè)機器人的需求持續上升，在所有工業(yè)機器人的應用產(chǎn)業(yè)中，以汽車(chē)及其零組件加工行業(yè)居于各行 業(yè)之首。無(wú)論在美國、歐洲或者亞洲地區，汽車(chē)工業(yè)在工業(yè)制程中運用機器人的比率均高達30%以上，主因是汽車(chē)工業(yè)是自動(dòng)化程度非常高的領(lǐng)域，對于工業(yè)機器 人的需求相對較高。隨著(zhù)技術(shù)發(fā)展與自動(dòng)化投資的趨勢，工業(yè)機器人的應用范圍也不斷擴大，除了在電子電氣工業(yè)、金屬制品業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)及食品工業(yè)都有它 的蹤跡，近期工業(yè)機器人更將觸角延伸至航天、核能、醫藥、生化等高科技產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，并發(fā)展出與消費者日常生活更加貼近的服務(wù)用機器人。
人機協(xié)同的未來(lái)發(fā)展
工業(yè)機器人的演進(jìn)從早期的多機器人工作單元、多機器人協(xié)作模式到了現在的人機協(xié)同合作，經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，已逐漸往輕量化、高荷重、超高速的方向發(fā)展。
在第一階段中，以“多機器人工作單元的模式”為主，多臺機器人在流水線(xiàn)式的生產(chǎn)在線(xiàn)進(jìn)行同步化的加工， 機器人進(jìn)行單一指令，而步驟與步驟之間的連結則需靠其他機械輔助。第二階段的「多機器人協(xié)作模式」則是多臺機器人能夠進(jìn)行協(xié)調式的連續生產(chǎn)，取代了夾治 具，有效降低生產(chǎn)成本。但在這兩個(gè)模式中，因為機器人不具備感測人類(lèi)的安全技術(shù)，僅能被劃分在特定區域中工作，必須與工作人員隔離。而在結合傳感技術(shù)、視 覺(jué)技術(shù)與云端計算的發(fā)展以后，就進(jìn)入了“人機協(xié)同”的第三階段：機器人變得更輕、更靈活，也更具備智能制造的條件，并跨越了在工廠(chǎng)中人與機器人之間涇渭分 明的界線(xiàn)。
與人并肩工作的“協(xié)同型機器人”和從前最大的差異是能與人近距離的協(xié)同合作，只要機器人與人碰觸，就會(huì ) 自動(dòng)停止作業(yè)。也因配載了更簡(jiǎn)便的編程與指令方式，使得工作人員操作更為得心應手，只要經(jīng)過(guò)快速學(xué)習，就能教導機器人操作不同的流程，不需要再培養懂得機 器人語(yǔ)言、專(zhuān)門(mén)負責操作機器人的技術(shù)人才。人機協(xié)同的模式不僅能使機器與人類(lèi)搭配合宜、截長(cháng)補短，也比傳統機器人所需的成本更低，在邁向智慧自動(dòng)化的進(jìn)程 中，無(wú)疑能夠成為工廠(chǎng)的一大助力。而緊接著(zhù)，更進(jìn)一步的感測功能不斷精進(jìn)，若再搭配機器自我學(xué)習能力、觸覺(jué)、強制反饋等技術(shù)改良，將會(huì )強化機器人的辨識能 力與作業(yè)效率，未來(lái)的應用領(lǐng)域將會(huì )更為廣泛。
朱先生