機械手臂概述 Introduction to Robotic Arm

KUKA KR AGILUS六軸機器人對上Timo Boll世界排名紀錄第一桌球選手

 

雖然上述影片娛樂和宣傳的成分較多,但不可否認地目前機械手臂已經被廣泛在使用各產業的自動化,不論是汽車製造商、汽車零組件與電子相關產業,甚至是醫療以及飯店服務等都可以見到其蹤跡,控制的精細度也越來越高。

KUKA手臂應用於汽車焊接

 

目前的機器手臂主要可分為工業機器人(Industrial Robots)與協作機器人(Collaborative Robots)兩大類,本篇主要就工業機器人來做介紹。

傳統的工業機器人通常用在汽車產業,因為產品生命周期較長,機械手臂隨產線更改配置的頻率就低很多。然而因為目前機械手臂也進入到電子產業或較小型的零組件產業,產品生命週期都很短,整合了視覺系統的機械手臂就被廣泛的使用。整合機器視覺系統的機械手臂,讓以往缺乏彈性的工作流程,能透過機器視覺來辨識方位、自我調校座標,並可隨時針對現場狀況微調。機器人就不會因為物體移動、座標位置改變,重複花費大量人力與時間成本重新調校。如此一來使用彈性便會增加,降低維護成本。

 

“EPSON SCARA機械手臂整合機器視覺應用在電子零件裝配”

目前在業界廣泛使用的工業機器人依據自由度可分為三種,直角坐標型機器人(Cartesian Robot)、多關節型機器人(Articulated Robot)、水平多關節機器人(SCARA Robot)。

  1. 直角坐標型機器人 Cartesian Robot

圖 2 EPSON EZ Module 3-Axis Robot
直角坐標型機器人可提供三個自由度(X, Y, Z)的運動,選用的致動器通常為線性馬達。機構較簡單,不需要複雜的演算法就能控制各馬達要到達的位置。

 

  1. 多關節型機器人 Articulated Robot

圖 3 EPSON C4 6-Axis Robot

多關節型機器人較常見的有六軸機器人,由於高達六個自由度,能夠讓末端端效器以較多的角度或路徑到達目標點位置。但也因為自由度高,要解出各個馬達的演算法較為困難,且必須設定較多限制條件,避免手臂以非預期的路徑到達終點位置。

  1. 水平 SCARA Robot

圖 4 EPSON LS3 SCARA Robot

水平多關節機器人具有四個自由度(X, Y, Z平移及一軸繞著Z軸旋轉)。負載小、速度快,因此其主要應用在快速分揀、精密裝配等3C行業、食品行業等領域。