協作機器人：工廠自動化的“新寵”
隨著工業4.0時代的到來，工廠自動化已成為製造業發展的關鍵。自動化驅動生產力，生產力則推動盈利。幾十年來，機器人一直是製造工廠自動化的重要組成。傳統的工業機器人以其高效率和精確性在製造業中佔據了主導地位。然而，隨著智慧化和柔性製造的需求日益增長，傳統機器人的侷限性逐漸顯現。
近年來出現了一種新趨勢——協作機器人，又稱“協作型機器人”或“Cobots”，正迅速成為工廠自動化的新寵。與傳統的工業機器人不同，協作機器人強調與人類工人的互動與協同，它們是工業自動化領域的一股清新之風，代表了自動化技術的一個新方向。
協作機器人：打破傳統，共創未來工廠
協作機器人自2000年代初開始受到認可。協作機器人的最大特點是其與人類工人的協同工作能力。它們設計用於直接與人類共用工作空間，而無需傳統工業機器人那樣的安全柵欄或隔離措施。在很多現代化工廠中，協作機器人不再是單純的機械替代，而是成為人類工作者的“同事”。它們可以在需要高度靈活性和創造力的場合中輔助人類，使生產過程更加高效和個性化。
過去10年間，協作機器人經歷了顯著的增長，預計這一趨勢將持續下去。據分析機構Grand View Research預測，從2023年到2030年，這項技術的複合年增長率（CAGR）將達到32%，全球市場規模將從當年的15.8億美元增長到2030年的110.4億美元。
2015年在德國漢諾威貿易博覽會上推出的ABB YuMi 14軸雙臂協作機器人，改變了機器人和自動化世界。它專為小部件裝配等需要高精度和靈活性的精細操作而設計。YuMi的雙臂可以共同或獨立工作，使其能夠執行通常需要多個機器人或人類操作員的複雜任務。
ABB YuMi
英國的Q5D公司最近也推出了其首款五軸數控增材製造機器人單元——CY1000。CY1000是一個獨立式的機器人單元，可以在增材製造過程中使用裸線或絕緣線，從而淘汰了沉重、昂貴且可能不可靠的電線束。通過在機器中增加兩個軸，實現五個自由度，他們能夠以更精確的方式構建結構並鋪設電導體。這種獨特的機器人可以在製造過程中同時進行佈線作業。
Q5D的CY1000機器人單元是增材製造領域的一次重大創新。它不僅提高了電線束裝配的自動化水準，還為未來電子產品的自動化佈線鋪平了道路。該原型可能成為未來電子產品線束自動化的模型。
Q5D的CY1000機器人單元
協作機器人的主要優勢在於它們能夠執行重複性高、危險或對人類不友好的任務，同時也能在更加複雜和精細的操作中發揮作用。在許多行業中，例如汽車、電子、食品和藥品製造，協作機器人已經開始承擔起組裝、包裝、檢查和搬運等多種任務。它們的多功能性和易於部署的特性，使得企業能夠更快地回應市場變化和客戶需求。這種人機共處的工作方式不僅提高了工作效率，還增強了工作環境的靈活性。工人可以在需要時親自介入操作，實現更細緻的控制和更高效的工作流程。
協作機器人：安全是重中之重
關於協作機器人，首要考慮的問題往往是：它們是否安全地與人類共同工作？2016年發佈的ISO/TS 15066是一個里程碑，它為協作機器人的安全運行提供了詳盡的國際標準。這些標準包括機器人的功率、速度和力量限制，所需的安全控制系統，人機工程學，操作員培訓，以及必要的風險評估。通過遵循這些標準，製造商能夠設計出既能高效協作又能確保人類同事安全的機器人。
安全是協作機器人領域的重中之重。持續的創新和改進將引領協作機器人邁向更加智慧和安全的未來。因此，為了確保協作機器人在快速變化的工廠自動化環境中既安全又能與人類高效協作，需要考慮以下四個關鍵方面：
- 感知能力：高級感測器使得協作機器人能夠即時感知周圍環境，包括人類同事的位置和行動。這種感知能力是實現安全協作的基礎。
- 智慧決策：借助人工智慧，這些機器人可以做出快速反應，有效避免潛在風險，增強安全保障。
- 力量限制：通過對機械臂的力量和速度進行限制，確保即使發生意外接觸也能最大程度地降低造成的傷害。
- 多模態交互：除了物理操作介面，語音和手勢控制等多模態對話模式使得工人更容易與機器人溝通和協作。
在這個自動化不斷演進的時代，協作機器人的智慧化和自主性正成為關鍵趨勢。隨著人工智慧和機器學習技術的持續發展，協作機器人的智慧化程度也在不斷提升，未來的協作機器人將更加獨立地學習和適應，能夠自動執行更複雜的任務。此外，隨著物聯網（IoT）技術的日益普及，協作機器人將更緊密地整合入整個生產流程和供應鏈中，實現更加高效的資料分析和資源優化，從而推動製造業向更智慧、更高效的方向發展。
結語
在勞動力成本上升、勞動力短缺，以及提高生產率的持續需求的大環境下，協作機器人展現出巨大的成長潛力。ISO/TS 15066標準的引入和近二十年來對協作機器人的深入研究與應用，這些標準和經驗的累積使得協作機器人的應用更加安全和有效，同時也推動了這些系統的不斷完善。
展望未來，協作機器人的更多採用預示著製造業將更加智慧、靈活和人性化。伴隨著技術的不斷進步和應用領域的不斷拓寬，協作機器人無疑將在未來的工業生產中扮演越來越重要的角色，成為製造業的一大支柱。這不僅改善了生產效率和工作環境，還為整個製造業的未來發展開闢了新的可能性。
