機器人CAD/CAM加工路徑規劃與拋光研磨應用介紹

摘要：面對全球人口老化的趨勢，有復健需求的人數與日俱增，若持續採用傳統的復健方式則復健治療師的人力將不敷應對且先天的勞力限制也使復健效果無法完全發揮。本文闡述復健機器人的優勢與發展的重要性並列舉國內外現行幾款下肢復健機器人，分析其技術規格、應用面向與未來發展方向。

Abstract: Demands for rehabilitation increase over time with the global trends in population ageing. Traditional labor-intensive rehabilitation causes shortages in therapists and consequently decreases in the quality of treatment. This report summarizes the advantage of rehabilitation robots and their importance of development. Several rehabilitation robots in the market were introduced and discussed from their technical, application, and future development perspectives.

關鍵詞：機器人、電腦輔助設計/製造、研磨拋光

Keywords：Robot, CAD/CAM, Grinding and Polishing

前言
過去工業機器人已被廣泛應用於許多場合如上下料搬運、焊接、噴塗等[1]。目前國內大部份的水五金、金屬製品、手工具的研磨拋光製程，仍然使用大量人力作業，因此操作者的熟練度會影響加工的效率與品質，但新進員工要達到師傅等級的技術至少需要6個月以上的訓練，且研磨拋光的環境噪音粉塵污染嚴重，對操作者健康傷害大，造成員工的流動率極高，因此，每3年都需要再重新訓練新進員工以維持技術的銜接。國外早已導入機器手臂進行水五金的研磨與拋光作業，但架設一站成本造價昂貴，且必須花費兩周時間訓練人員進行機器人教導流程，而後續設備保養與維修費用都是一筆龐大的支出，因此讓許廠商望之卻步。目前國內水五金相關廠商約600家，以出口為主供應全球50%以上水龍頭，每年產值約新台幣300億[2]，並於彰化鹿港之頂番婆地區形成了一個典型的群聚產業，且此區有著「水龍頭的故鄉」的美稱。近年來水五金產業趨向小量多樣的生產模式，並加上工廠環境惡劣使年輕人從事意願不高，因此如何節省人力、縮短工件生產週期與成本，並兼顧加工品質都是當前重要的課題。為了解決上述問題與避免國內廠商外移至東南亞及大陸等地，必須開發一套高度智慧自動化的研磨拋光機器人系統，才能協助水五金產業進行全面的升級。

自動化加工常大量應用CAD/CAM系統來輔助設計與生產，並利用CNC加工機來進行加工如圖1所示[3]，但水龍頭研磨拋光必須仰賴師傅的經驗與手法，且水龍頭外型複雜會造成加工上限制，因此較難導入自動化，故自由度較高的機器人適合導入此應用。

在研磨拋光過程中，工具與被加工物表面之間必須保持著一個恆定的接觸力（因力量方向與表面垂直，故亦稱正向力），被加工的物件才能達到想要的平滑度與精確度，因此加工過程中必須進行力量的調控[4]。另外CAD/CAM所產生的加工路徑是屬於理想的路徑，有可能工件定位上與程式設定座標會有些誤差，而造成工件的位置與角度上的偏移量，而需要透過定位校正來修正此誤差，才能獲得較佳的拋光研磨路徑[5]。因此開發研磨拋光機器人系統需要具備CAD/CAM模組、力量控制模組與視覺定位模組，整合手眼力協調技術完成機器人路徑生成、感知、控制功能。