｜工件取放裝置協同作業應用研究–以小提琴機器人為例

摘要：六軸機器手臂不僅適用於擔任工件的取放裝置，更可應用於複雜的軌跡運動控制。尤其是近年來自動化系統需求逐漸增加，如何讓六軸機器手臂順利地與其他機械設備進行協同作業，已成為重要的研究主題。本研究目的在於整合六軸機器手臂與外部控制裝置，以研發適用於自動化生產的多工實時協同作業系統。為了達成目標，本研究特別採用工研院製作的六軸機器手臂（Industrial Technology Research Institute Robot），並運用於發展擬人形的小提琴機器人。本機器人以ITRI Robot執行揮弓的動作，另採用多軸且固定式的按弦裝置，以控制音階的變化。研究的方法首先要瞭解ITRI Robot的功能及使用方法，進而針對ITRI Robot與其他系統的協同作業進行設計。為了增加ITRI Robot操控的彈性，本研究發展出一套外部控制的模式，可以利用通訊方法讓外部電腦與ITRI Robot連接，達成多工且同步控制的任務。本研究已成功地運用ITRI Robot演奏小提琴，並可以順暢的演奏許多知名樂曲。

Abstract: The 6-axes robot is not only suitable for serving as a pick and place device but is also useful for complicated motion control. Recently, owing to the increasing need for automation systems, cooperative operation between 6-axes robot and other mechanical equipment has become an important research topic. The purpose of this research is to integrate a 6-axes robot and an outside control device to build a real-time multi-process automatic cooperation system. To achieve this goal, the ITRI-002 6-axes robot was used to develop a humanoid robotic violin player. In this research, the ITRI (Industrial Technology Research Institute) robot carried out the bowing movement and a fingering device to control the variation of musical scales. To enhance the flexibility of the ITRI robot, an external control method was built which enables a computer to communicate with the ITRI robot to perform the cooperative operation. This research has successfully demonstrated the use of the ITRI robot to play violin pieces, including several well-known songs.

關鍵詞：六軸機器手臂、實時多工控制、小提琴機器人

Keywords：6 axes robot, pick and place device, robotic violin player

前言
取放機構之主要功能是完成物件的撿取、移動與放置等動作，隨著科技日益進步，作業環境不斷改變，取放機構必須因應工件的尺寸、形狀與工作內容而進行設計。如何因應工作需求，並確保達到預定的精度、速度與成本等考量，都是設計者必須思考的課題。近年來，機器人由於具備靈活的操控性，可靠度高、速度快且可全年無休，已廣泛運用於自動化產業。例如工件組裝、取放物料、噴漆、加工等繁瑣的工作，皆可能以機器人取代人工作業。除了工業用途外，在商業、農業、醫療、服務、娛樂、軍事等領域都可以發現其應用的價值。然而，機器人的單價極高，如果無法提升其運用的附加價值，或是讓其使用成本低於人工作業的成本，則無法滿足業界的實際需求。因此，如何擴展機器人的應用層次，或是能研發出與機器人協同作業的自動化裝置，即成為重要的研究議題。

機器人的本體包括機身、行走機構、手臂（包含臂部、腕部、手部）、及傳動件等部分，所有的計算、分析與控制均要通過本體的運動以完成特定的任務，因此機器人本體各部分的基本結構、驅動方式、與材料的選擇將直接影響整體性能。典型的工業機器人僅實現人類手臂的部分功能，所以稱作機器手臂，本文的主題即著重於探討機器手臂的應用與控制。