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科技專案成果

機器人的超強大手掌!12 自由度靈巧末端向量吸爪讓球型、複雜曲面物件怎麼抓都輕鬆
發佈日期:2019-12-18
單位:財團法人精密機械研究發展中心
案例年度:2019
簡介:
在經濟部技術處科技專案的支持下,精密機械研究發展中心突破先前技術限制,由先前小型機械體積關節數9組上限再推進至12組,使機器進行抓取、施放等工業動作更加輕鬆。

特色:
在科技發展速度已超乎想像的21世紀,各式軟體程式、機器人、AI人工智慧等能技術為人們解決的問題越來越多,有時生活甚至置身科幻電影一般,需要運算、操作的工作,越來越常見就這麼「一鍵」解決,就連人類輔助生活大小事的萬能雙手,也有了替身的存在,靈巧末端向量吸爪就是一例!
 
由於機器也和人類相同,需要手掌一般的部位協助運作以達到功能,靈巧末端向量吸爪變成了絕佳的輔助工具,在經濟部技術處科技專案的支持下,精密機械研究發展中心突破先前技術限制,由先前小型機械體積關節數9組上限再推進至12組,而這12組關節組就宛如擁有12個手指節的機械爪,訂名為12自由度靈巧末端向量吸爪,使機器進行抓取、施放等工業動作更加輕鬆。在本體總高度才290釐米的大小、重量為2公斤的狀態下,它就已能夾取1公斤重的物件,配合機械手臂的輔助或者事先於規劃軟體模擬夾取與施力動作,便能輕鬆靈活應用於產業鏈上!
 

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其中,使得12自由度靈巧末端向量吸爪能夠動起來的關鍵,來自於彷彿「手指節」的「關節模組」。擁有12個關節模組的它,每一個模組都包含了微型馬達、減速器,以及編碼器(Encoder)這三大元素的機械零組件,由此三者相互協作,才得以完成抓取、施放以及移動的指令。
 
首先,微型馬達是關節模組的動力來源,減速器則設於馬達之後,使爪子增加吸抓取力量的神秘嘉賓。有了力道與能量來源,讓機械知道「我在哪裡?」、「我到目的地了沒?」的控制台就是由編碼器(Encoder)來負責,難以想像小小一個關節模組能如此面面俱到,也無怪乎減小機械體積一直是機械設計師們最具有挑戰性的部分。
 

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了解吸爪如何運作後,當然不能錯過實際應用的情境。精機中心解釋,能與12自由度靈巧末端向量吸爪搭配運用的範圍相當廣泛,目前案例多為搭載機械手臂共同使用,以此框架下,夾爪的功能主要彰顯在工業產線上進出機台、將產品裝進包裝盒、進入或離開製程(上、下產線),或是進機台、出機台等需求。不如以往產品規格化,生產數量動輒數以百萬計的產業,當代產業少量卻多樣化的生產型式盛行,12自由度靈巧末端向量吸爪更為適合,經實驗抓取複雜曲面、球形物、滑曲面材質皆能夠順暢運作。而之所以能駕馭零角度和奇形怪狀,原因就在於每個關節模組獨立運作,更可以配合抓取物件的需求,客製化關節模組的數量,藉此減少了工業生產製程如上下料、組裝動作的人力成本。
 

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更具彈性的不只如此,生活在互聯網的時代,機械工具連結數位已不是新鮮事,12自由度靈巧末端向量吸爪當然也不例外。「向下、抓取、提起、移動至a點、轉彎、放下……」,這些工程師腦海中的路徑,其實機械手臂與吸爪不一定能順利如願運作,在實際操作運算以前,先讓12自由度靈巧末端向量吸爪的模擬軟體先替你計算演練吧!從雲端載入夾取物件之3D CAD圖檔,不僅可憑直覺操作介面,更可以快速計算獲控制搭配的機械手臂以及關節模組的移動路徑,事前設定吸爪抓取力道,整體架構大致規劃完成後,進入實際操作時僅需視情況進行些微調整,增加工作運轉的效率。
 

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藉由80%較為例行且容易的工作交給機械執行,剩餘20%較複雜者則交給人力判斷的「八二原則」,是如12自由度靈巧末端向量吸爪這種協作型機器人最能使上力的工作模式,將會是人類生產行為的絕佳幫手。

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更新日期:2019-12-18

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