轻量化机器人协力促进智能制造
发布时间:2024-09-09 09:18:24

  有别于传统认知的工业机器人仅为单臂机型,主要用以替代人类执行单纯的3k(辛苦、危险、劳累)工作。随着大国陆续推出制造业回流政策,对于已饱受缺工之苦的业者更是雪上加霜,势必引进更多轻量化机器人与人协同共工的来提高生产力,并带来关键零组件与安规的庞大商机。因应传产制造业更需要藉此来弥补劳动参与率不足,如今工业机器人已不仅止于一种高度整合自动化设备,用来替代人类执行3k工作的单臂机种,在智慧工厂里更结合了新被赋予的人类或仿生物逻辑判断能力,如环境感知、姿态规划、运动控制、行为决策、弹性应用等4大领域所组成的智能平台。包括驱动机器人应用市场蓬勃发展的因素,也从过去在昏暗、高辐射热等高危险、高负荷作业环境下,或有侵蚀性化学原物料,须从事有毒物质、病毒试验等不适合人类生存的环境下,必须导入机器人来执行远程作业,藉以完全替代人类,从而实现零接触作业模式。到了目前,传产制造业更需要藉此来弥补部份地区进入老龄少子化社会后,导致劳动参与率不足;以及地缘政治冲突造成的逆全球化趋势,迫使各国争相提出制造业回流政策,却缺乏熟练技师而雪上加霜,亟须引进机器人来提高生产力。根据2020年9月由世界经济论坛(WEF)发表的《未来就业报告》就已指出,现阶段全球机器人工作量约占整体33%,人力占比为67%,但随着老龄少子化社会导致工厂人力短缺,将加速自动化趋势发展。WEF预估到了2025年机器人工作量,将从2020年33%增至47%,代表未来产线安装自动化设备、机器人装置及整合应用需求会进一步扩大;人力占比也从2020年的67%减至53%,两者比重逐渐拉近至平衡,各占一半(50%),代表人机协同共工的新作业模式即将成型,机器人应用也会逐步演进为提供预判与决策。依工研院产科国际所机械组分析师周暐程进一步分析,过去在机器人1.0自动化阶段,主要用于制造业执行重复性高、危险又疲累的任务,此时控制器、伺服马达与减速机为业界发展重点;到了机器人2.0数字化阶段,则开始经由传感器搜集数据来取得感知能力,促进机器人在工业领域应用扩大,并逐步朝向商业应用拓展,发展视觉检测、环境感知等搜集数据的硬软件。直到近几年来进入机器人3.0协同化阶段,开始导入影像辨识、自然语言处理及深度学习等技术,实现机器人感知、推理到决策应用,数据分析、深度学习、人机互动和自然语音成为发展重点项目;机器人4.0智能化阶段,则企图透过云端串流协同与运算能力,促使机器人持续协同及学习,以完成场域自主化运作,以预判决策、数据安全为重点发展。根据IFR(International Federation of Robotics)统计2017~2021年间,在人机协作、互动共工趋势下,更不断推升协作机器人(Collaborative Robots;cobot)市场逐年快速成长,2021年销量已达3.9万台,较去年成长50%、仅次于2018年成长67%;在工业机器人整体占比,也从2017年2.8%增至2021年7.5%。主要动能包括:效能与成本,基于各应用产业持续寻求提高作业效能、降低总体成本的解决方案;技术驱动创新,将随着资通讯、智能化、自动化技术持续进步;进而弥补人力缺口,以顺应先进国家人口老化、劳动力不足的趋势。目前国内外已有协作机器人整合VR、AI等多项跨领域技术,延伸机器人远程与弹性应用。如德国DFKI「远程控制机器人应用方案」,即结合VR与Digital twins技术,以实现远距维护、生产等应用;日商OMRON以「Cell-line Control system智能化生产系统」,整合协作机器人、AI、机器视觉及多种传感器,藉以满足多样少量化生产需求。图1 : 目前已有协作机器人整合VR、AI等多项跨领域技术,延伸机器人远程与弹性应用。(source:中国台湾欣桥集团近年来也发表其「协作机器人强制反馈控制抛光应用」案例,系结合强制反馈感测技术,设定表面施加力道,实现与人手相似磨抛的效果,适用于木质或是金属表面研磨。以及利用协作机器人堆栈应用」,结合走行轴与on robot夹爪技术等,协助物流业搬运货物。协作型机器人品牌(Universal Robots;UR),则自2008年发表全球首款工业用协作型机器人,迄今UR协作型机器人已在全球销售超过50,000台。UR也因为相信产业的成长与成功来自策略伙伴间的紧密合作,从而积极拓展产品生态系并促进资源交流,携手凝聚创新动能。对应机器人不同臂长和负载,皆支持UR+生态系中的各式末端夹爪、软件、配件和应用套件,赋予协作型机器人可弹性部署于不同产业的作业中使用。面对当今全世界对于自动化需求因素不断成长,包括保护员工不受危险和单调任务影响;企业将生产转移到离家更近的地方,以应对环境变动;以及劳动力短缺,将成为未来不可轻视的挑战。具备轻巧、编程简易特性的UR机器人,将能快速导入至工厂既有产在线,释放人力完成更有价值的任务,协助中小企业加速升级步伐,今年UR已正式宣布全球员工人数达到1,000人,并加码推出新款UR20机种。Universal Robots总裁Kim Povlsen表示:「依自家统计数据显示,UR至今只接触约2% 全球所有潜在客户,因此市场极富有潜力;在庆祝今天所创下的里程时,我们的目光坚定投向未来旅程,UR20则是最近推出的首款新一代协作型机器人。」UR20除了采取全新关节设计而加速生产周期,更能处理重型物料之外,延伸至1,750mm臂长则是专为欧盟标准栈板的最大堆栈高度所设计,全面改写包装与堆栈模式;占地面积小,能让企业在现有厂房里保有更多作业空间;更整合了进阶软件强化技术,提供用户前所未见的运动控制能力,实现端到端(E2E)自动化目标。未来UR20还可导入于焊接作业、物料处理、机台上下料与操作等应用场景,也同样能和广大合作伙伴生态系打造的创新解决方案结合。根据IFR统计中国台湾2021年导入机器人数量为全球排名前十,相较前一年成长31%,显示在疫情趋缓和台商回流后,产在线的人力需求持续高涨。Universal Robots 大中华区总裁苏璧凯Adam Sobieski也认为:「中国台湾以出色的制造技术与人才享誉国际,看准制造业聚落的在地自动化成长动能,UR在中国台湾主要城市设有技术支持和训练基地,设立服务据点推广协作型机器人之外,进一步敏捷应对客户需求,全面推广协作型机器人技术。」图2 : 国协作机器人大厂UR至今已在全球销售超过50,000台机器人。(source:UR)就连传统工业机器人四大家族之一的日本发那科公司(FANUC),近年来也终于推出自家协作型机器人CRX系列机种,并依5、10(标准/加长型)、20、25kg不同负载能力分为五种级别,为市场上少见的完整系列产品线;强调更为安全、简单、快速,将可改善过去协作型机器人被视为精度差、速度慢,易学却难以进阶,其实也没特别安全的印象。如今所有CRX机种都具备「接触即停」功能,最大差别是仅受到1~2kg施力即停,而不像市面上大部份协作型机器人须达到15kg以上,未符国际规范的11kg标准;FANUC还为此提供直觉简易的编程工具,只要用户按时序拖放图形即可教导机器人运作。面对近年来因疫情造成大量电商物流需求,最困难的就是在理、拣货阶段,必须取放大小不同的箱子置入笼车、堆栈放上栈板,才能搬运出货,此时亟需自动化来弥补欠缺的人力。但过去推栈用机器人,只能针对有限尺寸与已知堆栈方法编程,一旦面对随机变化的尺寸及顺序时,便无法仅用简单程序解决。FANUC也因应物流堆栈应用需求开发出一套硬件架构,包括利用CRX机器人搭配自家3D视觉传感器解决方案,可用来侦测随机堆放不同箱子的尺寸、位置,再结合另一台计算机来判断,找出最佳堆栈方法。由FANUC藉其专利技术,预先规划2处堆栈暂存区位置,并利用数字分身技术,来仿真机器人在堆栈时,该如何善用空间摆满最多对象,来达到优化效益,未来只要是搭配FANUC机器人的系统整合商,也能获得该技术程序代码进行开发。图3 : FANUC因应物流堆栈应用需求开发出一套硬件架构,包括利用CRX机器人搭配自家3D视觉传感器解决方案及专利技术,进而找出最佳堆栈方法。(摄影:陈念舜)值得一提的是,由于现今伺服马达技术尽管仍不断演化与进步,但硬件核心结构的变化始终不大,导入机器人使用时,并不以高转速为主要要求,而须能频繁及正/反向加减速,且都能达到高精度定位控制。此除了有赖马达系统本身采用更先进的驱动器、控制器,来提高能源效率;随着智慧化与高整合化的应用不断发展,易安装的灵活性也是重要的特色。目前市面上国内外机器人品牌大厂UR、TM,都以DC伺服马达驱动机器人关节,驱动器体积及所需功率又比传统工业机器人使用的大功率AC伺服马达小。中国台湾马达大厂东元电机(TECO)近年来也利用自家马达关键技术与其他硬、软件配件及程序工具整合,开发出最新关节模块CJM,可望协助中国台湾产学研各界,加速自主开发协作型机器人。图4 : 东元电机近年来也推出出最新关节模块CJM,可望协助中国台湾产学研各界,加速自主开发协作型机器人。(摄影:陈念舜)因为半导体制程进化,使得芯片效能不断提升,也直接提升了马达电源效率。CJM采用新一代马达驱动芯片与32bit微型控制器MCU、FPGA双核心处理能力,提高电流带宽至6.1KHz,即可协助整合打造低功耗马达,对于节能亦有帮助;进而降低整定时间至1ms、编码器分辨率23bit,满足高精密与快速响应需求。同时还支持EtherCAT高速通讯网络等多种高速通讯接口、符合IEC61800-7总线标准,可应用于多轴市场的工业物联网科技;搭配人性化的人机接口,与内建自动增益调测技术(Auto-tuning)、高低频抑制,使关节模块可在各种应用场合操作。进而陆续透过模块化设计,打造轻便且易用机种,秉持东元高度整合机电系统实力,可依客制化需求,快速更改马达功率150~750W、减速比;高度整合直流伺服马达及驱动器、双编码器、剎车、减速机,结构体积紧凑小巧,在相同功率下比同业产品更小也更轻。并导入该公司两项机构专利,包括:关节连接装置、转子剎车共轴技术,前者能有效提升出力轴法兰盘组装精度,缩短装配时间;以及后者节约电磁剎车机构空间,提升关节模块静止时的高固定性。使之更容易安装与编程,再被快速部署到各地,加速实现制造业的智能化。。藉此整合「开发时程短」、「快速导入」、「低技术门坎」、和「自行客制化」的特色,提供客户一个机器自造平台,再透过直结或自行设计臂管方式,得以较低成本打造专属使用者构型,可执行荷重10kg自动搬运、夹取作业的2~6轴协作机器人,并透过手拉顺应教导等精准控制技术,协助业者无痛升级智慧工厂。此外,随着协作型机器人逐渐普及,目前业界除了重视功能、质量与整体应用方案效益外,也响应消费市场端需求,必须更重视场域人员安全。例如国际标准化组织(ISO)即将宣布的新版工业机器人标准ISO-10218,即针对从机器人本体,到周边系统与应用场景如何规范使用安全上,提出更具体的功能定义及所对应的安全等级与条件。预估此全球通用标准若能在2022年底生效后,未来无论在机器人使用端或供应端,都须按此标准验证,除了可加强于使用上的安全性,也盼能藉此带动中国台湾机器人产业链升级,接轨国际标准趋势,未来在区域化生产趋势下,相对能提升智能制造系统方案对外输出竞争力。

  图5 : 新汉智能符合新版安全标准ISO-10218,开发出以SCB100硬件为核心的Safety解决方案,并通过EtherCAT开放通讯协议来串接周边装置;待结合新汉智能提供的控制软件,即可自行建构3~7轴机器人。(摄影:陈念舜)近期由智动协会与20多家业者及检测验证机构发起「智慧自动化与检测验证联盟(TAICA)」,便期盼作为中国台湾首个交流平台,针对安全标准进行倡导、检测、验证工作;同时鼓励从终端使用、机器人制造商及零组件业者,以及系统整合商、经销商等,未来都能依此标准采购与生产,接轨国际趋势,并将逐步引导自动化领域相关厂商以符合法遵,推动TS安全标章认证为最终目标。近年来专注于工业物联网系统领域的新汉智能公司,也为此开发出以SCB100硬件为核心的Safety解决方案,并通过EtherCAT开放通讯协议来串接周边装置;结合新汉智能提供的软件,即可自行建构3~7轴机器人并加以控制。且依欧盟执委会正进行一读的机械规章(Machinery Regulation)的立法草案,将结合AI安全系统的机械产品纳入监管,而增列「AI系统等确保安全功能的软件」及「确保安全功能而装载AI系统之机械」两类产品为高风险产品,由原先适用自我宣告的验证模式,提升到法规监管程度较高的第三方验证。恐将反映在增添业者制造与验证成本,以及对于跨领域整合人才需求,导致不利于中小企业的市场竞争力,还可能延迟产品上市时程,阻碍技术创新活动。预估最快可在2023年完成立法程序并正式生效。目前中国台湾厂商生产制造的机器人等相关机械产品,系以提供一般性解决方案(general solution)居多,再由系统整合商、视觉厂商自行整合,导入于智能制造应用。必须尽快厘清新法规范系统供货商与整合商的责任分配问题,始能有助于中国台湾机器人业者及早因应法规变革。

  仲恺高新区紧跟国家战略部署,继续发挥粤港澳大湾区最具吸引力的投资热土和创业乐园优势,积极引进高端制造业,持续推进“2+1+X”智能产业生态发展,以形成万亿级电子信息产业集群核心引擎。 为此,由仲恺高新区管委会主办、OFweek中国高科技行业门户承办的“ 2020中国·惠州仲恺高新区全球在线招商推介会暨智能制造高层在线论坛 ”今日再启新征程,旨在探讨智能制造与惠州仲恺产业的机遇碰撞及未来。 在广东省和惠州市各级领导的支持下,本次活动获得了多位政府主管领导、行业资深专家、智能制造领军企业的支持并出席,他们就惠州智能制造产业区位优势、产业基础、发展政策以及产业发展趋势、产业技术发展现状等热门话题进行在线解读与探讨,为企业在市场开拓、产业

  9月5日,欣旺达发布了一则关于全资子公司参与投资设立大米成长新兴产业天使基金的公告。 公告显示,欣旺达全资子公司前海弘盛拟使用自有资金人民币1500万元与深圳市前海大米成长资产管理有限公司(以下简称“大米创投”)等共同发起设立“深圳市大米成长新兴产业天使投资基金(有限合伙)”(暂定名,最终名称以工商行政管理部门核准名称为准)等政府引导基金出资。 据悉,基金规模不低于1亿元人民币,主要投向智能制造、人工智能、工业4.0、新能源等与欣旺达产业相关的深圳市重点鼓励、扶持的战略新兴产业等领域。 该公司指出,本次发起设立产业投资基金有利于公司产业链的拓展、产业整合及项目资源储备;有利于各方优势互补,实现规模效应和协同效应;有利于加快推动公司

  由OFweek中国高科技行业门户主办、OFweek 3D打印 网承办的“OFweek 2016中国3D打印技术产业大会”在深圳会展中心6楼郁金香厅隆重举办。中国科学院重庆绿色智能技术研究院的段宣明教授在本次会议上发表了“3D打印在智能制造中的角色与机遇”的主题演讲。 3D打印作为一种颠覆传统制造业的新兴技术,在全球范围内正获得飞速发展。3D打印主要是依靠层层叠加的打印方式,利用计算机数字化模型和计算机控制,来进行材料的逐层累加从而实现三维复杂结构实体零部件制造。3D打印技术在未来的智能制造产业中,能创造出巨大价值,同各种新兴的高科技一起,打造出未来个性化制造的智能工厂,为客户提供基于3D打印生态系统的分布式制造产业模式。因此,3D

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  目前业内普遍认为,我国制造业发展参差不齐,整体上处于工业2.0补课、工业3.0普及、工业4.0示范阶段,面对工业4.0,首先要考虑的思维方式、经营方式和生产模式的转变。 对中国制造企业来说,产能过剩、产品同质化、价格战、劳动力成本上升等痼疾都不利于企业的智能化转型。但随着国内及跨镜电商环境日益成熟,中国企业获得更多的海外商机。 更重要的是,“互联网”促使互联网和传统行业深度融合,借力“万众创新”风潮,业已成为新一轮中国制造的制高点。以海尔为例,公司围绕智慧生态圈建设,推进智能硬件端、APP软件端、第三方资源引进构建生态圈布局。数据显示,2015年1—6月,海尔智能白电产品销量超过110万台、销售收入超过32亿元,均实现

  长园和鹰是我国数控裁剪装备行业的龙头企业,也是国内少数具有完整知识产权并成功实现产业化的数控裁剪装备制造商。通过自主研发,公司已拥有数控裁剪系统、和鹰CAD服装软件系统、智能吊挂和智能仓储等众多专利技术,其智能裁剪系统和智能铺布系统销售网络遍及欧洲、非洲、美洲、东南亚、印度和中东等地。 2016年,长园和鹰创立智能工厂将所拥有技术全面整合,打造时尚产业互联网+、智能制造、智能物流的无缝融合解决方案。该方案最具特色的模式是提早布局,颠覆消费者传统购物习惯的销售模式:先期通过全面铺开的现代化服装定制门店,快速获得消费者人体各个部位的尺寸数据,依客户设定的松量值灵活兼容、迅速获得目标样板,并生成dxf文件,导入服装CAD系统,进行修改

  2017年3月2日,上海——埃马克中国与南京航空航天大学正式签署合作备忘录,双方将基于各自的优势在科技研究创新、教育技术培训、知识工艺传承方面展开全方位、深层次的合作。埃马克(中国)机械有限公司 CEO Dr. Uwe Ronde先生、太仓分公司执行总经理 Mr. Markus Clement、南京航空航天大学何宁教授、机电学院院长助理李亮教授等共同出席了签约仪式。 数据显示,预计未来10年,中国空军、海军新增军用飞机总数达3000架左右,对应发动机需求量超过6000台;民用航空发动机销售需求量可达4800亿以上,相应维修以及更换零部件服务市场需求可达3200亿元以上。在这一产业趋势下,要满足未来市场需求,高质量、高效率、高智

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