機器人用於製造與加工

從今年初起，新冠病毒的肆虐，幾乎讓世界經濟活動停擺，並使得國內外不少產業受到相當的衝擊。由於人們活動的受限，國際化的腳步以及國際貿易也因著全世界新冠病毒的傳播而受限，可以說新的國際經濟活動與秩序也已經悄悄地調整、轉化、甚至重組。
這一期的機械工業雜誌，我們相當榮幸請到國立交通大學電機系楊谷洋教授與王學誠教授，特別在領袖觀點專欄中，以專家學者的觀點為讀者們探討AI 機器人的機會，以及機器人如何結合智慧化元素適應產業正在進行的轉變。此外，我們邀請工研院產科國際所的黃仲宏資深研究員為本期產業脈動專欄特別撰稿，和讀者們一起探討、檢視國內外工業用機器人產業，在後疫情時代產業發展的特徵與工程應用的需求，以及國外大廠研發的趨勢。或許讀者可以從中找到工業機器人相關產業能獲利的應用情境與商業模式。在技術專輯方面，工研院機械與機電系統研究所黃甦組長，以及多位學界與法人的專家，將針對機器人應用於加工所需之路徑生成、精密定位與力量控制、視覺伺服控制、多個智慧移動機器人相關之協調控制與通訊等技術，和讀者們一同透析智慧機器人在機械、電機、電控、以及資工等各領域所需之技術的深化與整合。
從製造的角度而言，提高機械的剛性來減少加工平台或是機械元件的振動以提升加工精度是廣為人知的做法。而機器人在智慧製造的應用，一般而言在於取代人力進行重複性高的精密取放作業。由於機械手臂為一個開迴路的機械連桿結構，且手臂各個關節軸具有一定的撓性，比起相對具較高剛性的工具機，機械手臂先天上剛性仍有改進的空間，故將機械手臂用於加工製造上，往往會有「走精」也就是精度走掉的現象。雖然機械手臂有其缺點，然而缺點換一個角度也可以成為其優點。比如說手臂開迴路的機械連桿結構設計在應用在製造上可使加工更具彈性，比起單一工具機用於特定如車銷等加工程序，機械手臂可以在其末端致動器(end effector) 更換不同的刀具，達到一機多用的彈性加工與製造。機械手臂有多個關節，也就是說機器人本身就比工具機具備多個自由度，因此可加以應用於較複雜的加工。而且手臂具撓性的關節，是可經由控制而調整其扭轉剛性(torsional stiffness)，倘若能結合智慧化元素以及加工製造的原理與know-how，其實一個或者是多個工業機器人在智慧製造應用，除了能夠快速精準取放物件之外，應可以根據受加工物件的特性、加工程序以及加工刀具等各項動態特性，以系統的觀點加以控制機械手臂在當下的動態剛性，並調整機械手臂加工的動態特性以達到預期或者更進一步提升受加工件的加工精度。
台灣的製造業有相當多的製造經驗、know-how、以及數據，在新的少量多樣智慧製造需求之下，適性整合各項智慧元素、學理以及經驗，相信機器人結合智慧工具機用於製造與加工，將會為台灣創造出新的機會，並使製造智慧化更多元、更具彈性!