智慧製造2019.02.02

工業機器人幾軸才算是個咖?

飛飛

物聯網 創新 機器人

工業機器人已根據 ISO 8373文件明確規範。TAIROA 協會將此規範以中文定義為「一個可自動控制、重複設定、多功能、可操控三軸以上的機械手,在工業自動化應用裡只能固定在一個地方或是獨立的移動空間。……」

 

為什麼是三軸呢?

想像一下我們所處的空間維度,也許不難找到答案。兩軸為一平面,三軸則成空間。一旦架構出 X、Y、Z 三軸而成三維空間,機器手臂就變得自由靈活,不再受限於單一平面的兩軸之間。

那麼三軸就夠了,不是嗎?

如果要讓工業機器人進行更精微的動作,除了三度空間的自由移動之外,還需額外關節軸,以便能旋轉手臂端點所裝設動作工具;類似我們旋轉從自己手臂伸出的食指。因此,四軸機器人問世了。第四軸就是讓Z軸旋轉的關節。

四軸夠厲害了吧?!

人追求自由是沒有限度的,工業機器人也是。既然Z軸能旋轉,讓Y軸也能旋轉不是難事。五軸機器人即指三軸中有兩軸能旋轉,代表機器手臂在空間中的作用角度能更精微調整。但這樣機器手臂的底座(也就是X軸)則只能固定方向。

五軸的X軸只能固定不動,那麼六軸機器人就是讓X、Y、Z三軸都能旋轉,是吧?!

沒錯。六軸則是讓機器手臂能自由移動於三維立體空間,同時讓X、Y、Z 三軸都能旋轉調整方向,達到全角度自由靈活度。

現今,七軸機器人已經問世。人的自由從來未曾受限,工業機器人難道就該受限嗎?第七軸類似於我們人類的手腕關節,能夠於整支手臂定位於單一座標點後,轉動其前端所裝設的動作工具,從各個不同角度施力。因其可提供額外的活動冗餘角度,故七軸機器人又稱為冗餘機器人(redundant robots)。

 

工業機器人的發展,不只是關節軸的數量突破。隨著人工智慧浪潮掀起,雲端運算、感測器、無線通訊等技術革新風起雲湧,更加上影像辨識與分析、邊緣運算、5G通訊、8K顯示器等個個臨界技術成熟,商業普及階段蓄勢待發,這些尖端技術結合起來,能為工業機器人帶來多宏觀的創新應用,自是不難想像。目前七軸機器人的全角度自由靈活度,將可成為從自動化跨入智動化的理想硬體。例如:影像辨識與分析應用於七軸機器人,那麼機器手臂用於揀料上,還能依據顏色或形狀分類,而其七軸可達的活動角度,也能相對於更廣角度範圍置放的顏色或形狀分類物料箱,不只是挑揀單一原料的一個箱子。那麼,譬如ZigBee或是邊緣運算,又能讓七軸機器人如何創新應用,也許你有更創新的好主意。

 

是否可以出現七軸以上的機器人呢?

也許你可以看看自己的手臂,同時試著活動伸出的手臂。是不是發現我們手臂處的關節從肩膀、手肘、手腕以至旋轉手指,恰好就如同上述介紹的七個軸?以目前我們所處三維空間,以及擬人化為核心目標的人工智慧浪潮,暫時尚無更多關節軸的需要。然而人的自由無限,工業機器人又何必受限?也許將來更多科學發現,甚至宇宙探測、外星人現身等等未來不確定因素,都將引領我們發揮更多靈感,創造無限可能。畢竟,除非自我設限,自由想像無可受限,正是最珍貴的科學精神。

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