:::

科技專案成果

自由組裝機器手臂 就像拼積木一樣
發佈日期:2022-11-03
單位:財團法人工業技術研究院
案例年度:2021
簡介:
在經濟部技術處科技專案支持下,工研院設計機器人智慧關節模組,最大特色就像拼積木一樣,能根據產線需求,自由組裝多軸機器手臂,創新技術榮獲2021年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)肯定。

特色:

工研院 ▶ 研發機器人智慧關節模組

* 技術特色 
透過一體化的智慧關節模組化設計,將驅控系統馬達、散熱系統等整合在有限的關節空間裡,使用者能依需求靈活組裝機器手臂。

* 產業擴散  
與國內精密工業、機電大廠、關鍵零組件等廠商合作,應用於製造產線,帶動國內機器手臂技術落地與深化。

R&D 100

隨著疫情黑天鵝振翅飛過全球,居家隔離率大增,人手短缺加快了工廠的自動化腳步,導入可彈性應用在生產環境的機器人,成了製造業者的生存保衛戰。在經濟部技術處科技專案支持下,工研院設計機器人智慧關節模組,最大特色就像拼積木一樣,能根據產線需求,自由組裝多軸機器手臂,創新技術榮獲2021年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)肯定。

相比體積龐大的工業機器人,不利與人一起工作,工研院一開始便鎖定協作機器人,協作機器人可負擔更靈活、彈性的任務,還能與人一同作業。工研院機械所組長陳文泉指出,這套智慧關節模組具有三大特性、兩大創新。
 

工研院開發智慧關節模組,讓使用者能透過積木式堆疊設計,因應產線各式需求,快速、彈性完成組裝。

▲ 工研院開發智慧關節模組,讓使用者能透過積木式堆疊設計,因應產線各式需求,快速、彈性完成組裝。
 

三大特色 軟硬整合加值機器手臂

首先是關節的模組化設計,為了讓使用者靈活組裝,研發團隊把驅動器、馬達、控制器、散熱裝置等,全都整合在有限的關節空間內,不僅縮小手臂體積,相比全球領導廠商Universal Robot的同等級機器手臂,減重40%,達到輕量化,模組化關節能依不同應用變化軸數,目前最多可安裝16軸手臂。

第二是在關節整入減速結構,透過不同大小的齒輪轉動,降低馬達轉速、提高扭力。陳文泉比喻,就像開車換檔一樣,爬坡需要更大馬力,會切到一檔,「減速結構就是為了要達成不同扭力的速度配比」,在機器手臂多軸同動的控制表現更佳。

第三是加入全數位軟體模組,透過圖像式導引取代傳統程式碼開發,讓新手操作也能達到想要的動作,降低使用門檻。此外,使用者可透過這套軟體先在虛擬環境設定關節數量、手臂長度、扭力大小等參數,模擬測試後,再進行實體安裝,減少建置成本。

兩大創新 隨插即用調整彈性大

而第一大創新是研發智慧扭力感測技術。陳文泉表示,由於協作機器人與人一起工作,機器手臂必須知道出力大小,才不會讓人受傷。目前業界作法是在機器手臂加裝扭力感測器,體積及成本高且規格固定,而工研院運用人工智慧演算法取代實體感測器,讓機器手臂像有人類的觸覺,可以判斷出力大小,在調整靈敏度時也更有彈性。第二大創新是即插即用,不論機器手臂增加或減少關節,軟體模組都能馬上因應新的手臂構型,重新計算即時運作。

也因為技術自主研發,不僅解決國際大廠壟斷的問題,對比國外同級距的關節模組,成本降低18%,有利擴散導入產業。2021年~2022年這套智慧關節模組已技術移轉國內精密工業、機電大廠、關鍵零組件等業者,促成至少5案的產業合作,帶動投資金額逾新臺幣5,000萬元,協助廠商應用在製造產線上,減少人為失誤並降低人力需求,未來又能因應產線需求彈性調整,讓廠商得以靈活、快速地開發出協作機器手臂。

由於協作機器人應用範圍廣泛,幾乎可適用於各個產業,在疫情催化下,未來需求更是只增不減。透過掌握國產自主技術,滿足各種不同使用場景,協助我國產業大步邁向智慧製造新世界。
 

自主整合開發含減速機、驅動器等國產模組,達成輕量化、高精度的協作型機器手臂。

▲ 自主整合開發含減速機、驅動器等國產模組,達成輕量化、高精度的協作型機器手臂。
 


* 點閱數328

回上一頁 回首頁