圖／工研院提供
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工研院第一代CPS研磨拋光技術(shù)，透過離線編程免除傳統(tǒng)機(jī)器人教導(dǎo)費(fèi)時(shí)的困境，將編程時(shí)間由14天縮短到一天。圖／工研院提供
臺(tái)灣制造業(yè)面臨激烈競(jìng)爭(zhēng)，過去大量生產(chǎn)與低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)已非決勝關(guān)鍵，如何協(xié)助產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，是當(dāng)前的重要議題。根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（International Federation of Robotics，IFR）統(tǒng)計(jì)，2018年全球工業(yè)機(jī)器人出貨量達(dá)歷史新高、至38.4萬(wàn)套，包括汽車、電子、食品和飲料、制藥、塑料及金屬等行業(yè)，機(jī)器人應(yīng)用都出現(xiàn)成長(zhǎng)，隨著智慧制造發(fā)展，傳統(tǒng)機(jī)器人已不敷使用，必須朝向多功能、人機(jī)協(xié)作和聯(lián)網(wǎng)化發(fā)展，將更有利業(yè)者邁向智慧生產(chǎn)。
綜觀工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史，1960年代第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在美國(guó)誕生，1970年代逐漸在歐美市場(chǎng)興起，當(dāng)時(shí)工業(yè)機(jī)器人可滿足工廠大量生產(chǎn)的需求，但如今隨著社會(huì)消費(fèi)型態(tài)改變，全球制造業(yè)面臨急單、少量多樣的生產(chǎn)挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人也需「改頭換面」，學(xué)會(huì)新能力，因應(yīng)新生產(chǎn)模式。
近年正夯的「斜杠」風(fēng)潮，也吹進(jìn)制造界，隨著機(jī)器視覺、語(yǔ)音和觸覺等面向的技術(shù)增進(jìn)，提升機(jī)器人的能力，帶動(dòng)「斜杠機(jī)器人」興起，「斜杠機(jī)器人」能于單站作業(yè)時(shí)提供更多功能，滿足業(yè)者多種生產(chǎn)需求，改善以往機(jī)器人功能少、加工動(dòng)作簡(jiǎn)單的窘境，未來(lái)透過多功能的機(jī)器人，將更能滿足客戶的客制化需求。
此外，過去工業(yè)機(jī)器人體積龐大，希望取代人工完成重勞力、高污染的工作，常應(yīng)用于骯臟、危險(xiǎn)、辛苦的3K行業(yè)，工廠考量安全性，會(huì)使用圍欄把機(jī)器人和作業(yè)員隔離，由機(jī)器人獨(dú)力作業(yè)。但現(xiàn)今像3C、醫(yī)藥、紡織、食品加工和物流業(yè)等產(chǎn)業(yè)的機(jī)器人使用量逐漸提升，這些產(chǎn)業(yè)的特色是產(chǎn)品種類多、產(chǎn)品體積精巧，同時(shí)也需要作業(yè)員靈活的操作能力，因此需要更小型、可與人共同作業(yè)、更安全的機(jī)器人，所以機(jī)器人朝向人機(jī)協(xié)作發(fā)展，并將軟硬體功能模組化，提供整體的彈性解決方案，滿足當(dāng)前的制造需求。
而隨著行動(dòng)數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云端運(yùn)算和人工智慧技術(shù)如火如荼進(jìn)展，機(jī)器人也朝向聯(lián)網(wǎng)化發(fā)展，以支援工廠生產(chǎn)系統(tǒng)資訊搜集與云端數(shù)據(jù)交換，增進(jìn)生產(chǎn)效率和良率，協(xié)助業(yè)者迎向智慧生產(chǎn)。
為因應(yīng)近年機(jī)器人多功能、人機(jī)協(xié)作、聯(lián)網(wǎng)化的趨勢(shì)，工研院也投入開發(fā)相關(guān)機(jī)器人技術(shù)，譬如本院的「智慧砂帶機(jī)與亮面瑕疵檢測(cè)系統(tǒng)」、「線上3D視覺檢測(cè)系統(tǒng)」、「驅(qū)控式整合關(guān)節(jié)機(jī)器手臂」等，協(xié)助業(yè)者生產(chǎn)管理更自動(dòng)彈性，突破智慧制造的升級(jí)瓶頸，強(qiáng)化國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
在瞄準(zhǔn)機(jī)器人多功能的動(dòng)向上，工研院開發(fā)智慧砂帶機(jī)與亮面瑕疵檢測(cè)系統(tǒng)解決從前水五金產(chǎn)線的砂帶機(jī)，通常一臺(tái)只有一種功能的窘境，智慧砂帶機(jī)配置兩種砂帶，搭配亮面瑕疵檢測(cè)系統(tǒng)，能單站完成由粗到細(xì)研磨、拋光，并檢測(cè)瑕疵，還能改變砂帶形狀、寬度跟角度來(lái)符合各式工件形狀、減少研磨死角，三合一的機(jī)型設(shè)計(jì)能有效利用工廠用地。當(dāng)前，智慧砂帶機(jī)除了應(yīng)用于水五金產(chǎn)業(yè)，更協(xié)助全球市占率逾90％的水上摩托車螺旋槳大王般若科技，研磨螺旋槳葉片及分析葉片品質(zhì)、提高產(chǎn)品良率。
另外，傳統(tǒng)機(jī)器手臂採(cǎi)用的接觸式檢測(cè)設(shè)備，通常只具備2D或3D視覺檢測(cè)功能，過去面臨檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、耗費(fèi)人力操作、只能檢測(cè)小型手機(jī)零組件的難題。
為解決此問題，工研院研發(fā)非接觸式的線上即時(shí)3D視覺檢測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合機(jī)械手臂可同時(shí)進(jìn)行2D跟3D視覺檢測(cè)，更能檢測(cè)大范圍、高曲度的工件，在單站即能完成多樣化產(chǎn)品檢測(cè)需求，可應(yīng)用于航太、車輛運(yùn)具零組件等檢測(cè)，目前已與漢翔航空工業(yè)公司合作，檢測(cè)其高曲度、大面積的工件。
而在人機(jī)協(xié)作方面，工研院開發(fā)的驅(qū)控整合協(xié)作型手臂，兼具驅(qū)控模組化、小型化、高精度，除了整合馬達(dá)、感測(cè)器、電源轉(zhuǎn)換等元件，還可如積木組合，依不同需求組成多軸機(jī)械手臂，手臂總重約12公斤、荷重約5公斤、重復(fù)精度在正負(fù)0.02公厘，可彈性調(diào)整臂長(zhǎng)與構(gòu)型，配合業(yè)者頻繁變動(dòng)產(chǎn)線內(nèi)容。
此外，為迎合萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)局，工研院攜手產(chǎn)學(xué)研界組成「智慧制造聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加值產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟」，推動(dòng)跨領(lǐng)域設(shè)備聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，讓不同設(shè)備聯(lián)網(wǎng)溝通無(wú)礙，并已參考德國(guó)機(jī)械公會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，以及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn)OPC UA（OPC Unified Architecture），制定機(jī)器人聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、幫助機(jī)器人互相聯(lián)網(wǎng)，解決過去機(jī)器人沒有共通的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)的窘境。
綜上所述，機(jī)器人將更為智慧化與多功能，在制造場(chǎng)域的應(yīng)用將愈加廣泛，面對(duì)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)以及勞力短缺，導(dǎo)入機(jī)器人已成為必然的趨勢(shì)。（本文作者為工研院機(jī)械與機(jī)電系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)胡竹生）
