【產業脈動】機器手臂進化 智慧製造新浪潮

張貼日期：2024/02/23

隨著全球智慧製造浪潮興起，工研院成功研發「快拆式關節機器人」，在今年美國消費性電子展（CES）中的智慧機器人領域大放異彩。


這項創新的機器人技術，不僅賦予機器手臂「變形金剛」般的多樣性，更能依需求迅速變化轉換成高荷重、多軸數、大範圍等各種型態，彈性應對產業少量多樣、彈性生產的需求，同時大幅降低使用者的成本，其核心關節模組技術更獲得全球百大科技研發獎（R&D 100 Awards）的肯定。


「快拆式關節機器人」最引人注目的特點之一，是其顛覆傳統機器手臂僅能以出廠型態固定的限制。透過巧妙的驅控整合關節模組設計，可以像組裝樂高積木一樣，讓機器手臂快速組裝、輕鬆拆卸。


工研院機械與機電系統研究所組長黃甦表示，這項技術的發想源於一次CES展的驚險插曲。當時，展品因長途海運後受溫濕度等因素影響，工程師在展前驚見所有設備居然全數失靈。這突發狀況促使工程師萌生一個大膽的構想，希望能夠開發一種能夠快速組裝、容易維修的機械手臂，以應對未來可能的挑戰。


這種快拆式驅控整合關節模組，不僅能快速組裝成不同軸數的機械手臂，更採用工業乙太網路協定傳輸訊號，實現「隨插即用」的即時執行指令。模組內部整合了驅控器、編碼器、馬達、剎車等重要零組件，體積小巧可攜帶，比業界標準的關節模組更輕、荷重比更高，同時擁有全球最高的扭力體積比。


工研院機械與機電系統研究所技術副組長吳建佑表示，這套模組的荷重比達0.3，22公斤的機械手臂可以輕易舉起六公斤的重物，相當於三塊磚頭，其中單顆關節展現出全球最高的扭力體積比。機器手臂的應用場景極為多元，從零件組裝、輕工業加工、物料檢測與處理，到醫療手術和民生輔助等，都能夠靈活客製，堪稱是機器手臂領域的「變形金剛」。


與傳統機械手臂整機固定型態不同，快拆式關節機器人使用模組化設計，可以彈性調整自由度和臂長，實現相同扭矩的情況下確保高性能，提高機器人的多功能性。這種靈活設計不僅可根據產線或產業應用變換構型，大幅縮短換線時間和降低成本，同時在面臨故障時無需送廠進行整機維修，僅需快速更換有問題的關節，從而減少產線停滯、維修運輸時間和降低碳排放。


黃甦進一步指出，相較於傳統整機出廠的機械手臂，快拆式關節機器人僅須短短的5分鐘，即可完成故障機械軸的替換，大幅提升生產效率，同時降低成本和風險。


目前已成功應用於台灣工具機及射出機大廠，初步有兩大類廠商洽詢後續合作：一是創客（Maker）和新創團隊，這類客群由於資源有限，使用這種技術可以大幅簡化機器手臂的開發過程，透過後台軟體點選模塊並進行模擬測試，實現即插即用的功能；二是專業的機器手臂製造商，無須受限於既有規格產品，使用快拆式關節可以快速開發並迅速進入市場，搶占協作型機器人市場。


工研院的「快拆式關節機器人」技術，不僅在智慧製造領域引領創新，更在機器手臂的設計和應用上開創嶄新面貌，為未來智慧工廠和各領域的應用帶來更多可能性。