引言：近幾年，全球工業(yè)機(jī)器人發(fā)展迅速，越來(lái)越多的工廠使用機(jī)器人代替人工。在工業(yè)4.0時(shí)代，工業(yè)機(jī)器人變得更加智能，成本也越來(lái)越低，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。未來(lái)，工業(yè)機(jī)器人將繼續(xù)向工廠大舉進(jìn)擊。
自從1950年代美國(guó)誕生了第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人，它在全球拓展的速度便隨著科技發(fā)展與時(shí)代變遷越來(lái)越快，尤其日本為了應(yīng)對(duì)隨著高齡化趨勢(shì)出現(xiàn)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(jī)器人使用國(guó)。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(duì)于自動(dòng)化的需求持續(xù)攀升，工業(yè)機(jī)器人的角色因此益發(fā)重要。
工業(yè)機(jī)器人的組成
工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)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(xiǎn)、枯燥)的應(yīng)用，一開(kāi)始只是構(gòu)造簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)部位，例如機(jī)械手臂，后來(lái)應(yīng)對(duì)設(shè)備的多任務(wù)需求，漸漸發(fā)展成功能齊全的機(jī)器人。主要會(huì)以下列部分組成：提供機(jī)器人動(dòng)力來(lái)源的驅(qū)動(dòng)設(shè)備(Driver)，例如馬達(dá)、減速器等;臂部、足部、輪子與關(guān)節(jié)等機(jī)動(dòng)設(shè)備(Mobility);相機(jī)、雷射測(cè)距儀等感測(cè)設(shè)備(Perception);訊息處理與傳遞的控制設(shè)備(Control);包含了語(yǔ)音、人機(jī)接口等通訊設(shè)備(Communication)以及電源(Power)。
工業(yè)機(jī)器人的核心技術(shù)發(fā)展主要有兩個(gè)：一為智能感測(cè)，二為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。智能感測(cè)的應(yīng)用，使得機(jī)器人不只是僵硬的機(jī)械，而能具備人的靈活度與應(yīng)變能力，機(jī)器人因此能依據(jù)條件選擇完成任務(wù)的最佳路徑、并在復(fù)雜的變化中做出不同調(diào)整。未來(lái)若結(jié)合軟件開(kāi)發(fā)，機(jī)器人也會(huì)越來(lái)越靈活、具備更加強(qiáng)大的功能。
另一個(gè)發(fā)展方向，則在于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的改良與研發(fā)。在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)里，考慮的參數(shù)中除了速率、加速度與準(zhǔn)確度等物理指標(biāo)，還有一個(gè)重要的參數(shù)-軸數(shù)，軸數(shù)代表了機(jī)器人在空間中運(yùn)動(dòng)的自由度，類似于人類的關(guān)節(jié)。平面運(yùn)動(dòng)如果有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向就需要兩個(gè)軸、若同時(shí)具備x、y、z軸的運(yùn)動(dòng)方向就需要三個(gè)軸-軸數(shù)越多，代表其靈活度越高。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)便是運(yùn)用了上述的運(yùn)動(dòng)原理，來(lái)仿真人類的上肢與下肢運(yùn)動(dòng)。在其中，模仿上肢的機(jī)器人以實(shí)施多維運(yùn)動(dòng)來(lái)輔助工業(yè)制程，常見(jiàn)為焊接用的機(jī)器人;模仿下肢的機(jī)器人則多用于物料的搬運(yùn)與輸送。
而依據(jù)應(yīng)用區(qū)塊的不同，機(jī)器人會(huì)有不同的運(yùn)動(dòng)方式，通常在生產(chǎn)在線工作的機(jī)器人，由于所需運(yùn)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(jī)器人-以滾珠螺桿及線性滑軌構(gòu)成，由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)形式單純，是最先開(kāi)始的發(fā)展機(jī)種，在自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)應(yīng)用廣泛
2、直角坐標(biāo)機(jī)器人-以三軸堆棧配合直線運(yùn)動(dòng)來(lái)操作，多用于搬運(yùn)、取放
3、SCARA機(jī)器人-以四軸(x、y、z三軸的平動(dòng)自由度+z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度)的運(yùn)動(dòng)方式，適于裝配、搬動(dòng)和取放對(duì)象，結(jié)構(gòu)輕便、反應(yīng)快，多用于電子、3C產(chǎn)業(yè)
4、并聯(lián)式機(jī)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(jī)器人的工作與應(yīng)用產(chǎn)業(yè)
工業(yè)機(jī)器人目前最主要以搬運(yùn)用的工作為主，在許多自動(dòng)化生產(chǎn)線里，需要機(jī)器人來(lái)進(jìn)行上下料、物料的輸送與傳遞。另外，在汽車工業(yè)中被廣泛運(yùn)用的則是焊接用的機(jī)器人，可以幫助車廠進(jìn)行精密度、準(zhǔn)確率較高的加工過(guò)程，目前在加工車間被引進(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(fù)等裝配用機(jī)器人、進(jìn)行噴漆、點(diǎn)膠的噴涂機(jī)器人也是工業(yè)機(jī)器人常見(jiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域。另外，機(jī)器人也可見(jiàn)于零件鑄造、切割等機(jī)械加工，以機(jī)械手臂的形式搭配工具機(jī)來(lái)進(jìn)行。
全球?qū)τ诠I(yè)機(jī)器人的需求持續(xù)上升，在所有工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)中，以汽車及其零組件加工行業(yè)居于各行業(yè)之首。無(wú)論在美國(guó)、歐洲或者亞洲地區(qū)，汽車工業(yè)在工業(yè)制程中運(yùn)用機(jī)器人的比率均高達(dá)30%以上，主因是汽車工業(yè)是自動(dòng)化程度非常高的領(lǐng)域，對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的需求相對(duì)較高。隨著技術(shù)發(fā)展與自動(dòng)化投資的趨勢(shì)，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)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(jī)器人更將觸角延伸至航天、核能、醫(yī)藥、生化等高科技產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，并發(fā)展出與消費(fèi)者日常生活更加貼近的服務(wù)用機(jī)器人。
人機(jī)協(xié)同的未來(lái)發(fā)展
工業(yè)機(jī)器人的演進(jìn)從早期的多機(jī)器人工作單元、多機(jī)器人協(xié)作模式到了現(xiàn)在的人機(jī)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(jī)器人工作單元的模式”為主，多臺(tái)機(jī)器人在流水線式的生產(chǎn)在線進(jìn)行同步化的加工，機(jī)器人進(jìn)行單一指令，而步驟與步驟之間的連結(jié)則需靠其他機(jī)械輔助。第二階段的「多機(jī)器人協(xié)作模式」則是多臺(tái)機(jī)器人能夠進(jìn)行協(xié)調(diào)式的連續(xù)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?yàn)闄C(jī)器人不具備感測(cè)人類的安全技術(shù)，僅能被劃分在特定區(qū)域中工作，必須與工作人員隔離。而在結(jié)合傳感技術(shù)、視覺(jué)技術(shù)與云端計(jì)算的發(fā)展以后，就進(jìn)入了“人機(jī)協(xié)同”的第三階段：機(jī)器人變得更輕、更靈活，也更具備智能制造的條件，并跨越了在工廠中人與機(jī)器人之間涇渭分明的界線。
與人并肩工作的“協(xié)同型機(jī)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(jī)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(yīng)手，只要經(jīng)過(guò)快速學(xué)習(xí)，就能教導(dǎo)機(jī)器人操作不同的流程，不需要再培養(yǎng)懂得機(jī)器人語(yǔ)言、專門負(fù)責(zé)操作機(jī)器人的技術(shù)人才。人機(jī)協(xié)同的模式不僅能使機(jī)器與人類搭配合宜、截長(zhǎng)補(bǔ)短，也比傳統(tǒng)機(jī)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)疑能夠成為工廠的一大助力。而緊接著，更進(jìn)一步的感測(cè)功能不斷精進(jìn)，若再搭配機(jī)器自我學(xué)習(xí)能力、觸覺(jué)、強(qiáng)制反饋等技術(shù)改良，將會(huì)強(qiáng)化機(jī)器人的辨識(shí)能力與作業(yè)效率，未來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)更為廣泛。
（轉(zhuǎn)載）
