協作型機器人：射出成型業者的新選擇

在關節式機器人手臂的廣泛多樣性之上，再加入可安全在作業員身邊運作，而不需額外防護的特色，就可得到一個全新選項，以解放作業員免於重複操作之苦。

作者：優傲科技資深應用開發經理 Joe Campbell

三十年前，不論何種運動組態的全伺服控制機器人，幾乎不曾出現在射出成型應用中。最常見的方式為，部署一個簡易的三軸點對點門型機器人，安裝在機器上頭。這些極簡易的機器人只要Z軸（垂直）行程夠長，能觸及平台中線，就可快速從模具中取出零件，並將其置入袋中或放在輸送帶上。

而二十年前，全伺服控制的門型機器人更加常見，讓末端夾治具的精確度和控制都更加強大。十五年前，越來越多射出成型業者開始運用六軸機器人。

觀看優傲科技的協作型機器人操作各家廠商的射出成型機：美國明尼蘇達州的 Dynamic Group、日本的 Alpha Corporation 及中國的 Xiamen Runner

這場革命由數個技術及事業驅動因素所驅使，且仍在進行中：

• 脫模後加工 – 客戶要求射出成型業者交付更加完整的零組件，而射出成型業者亦樂於提升其產品價值。不論是剪切、修邊、拋光、裝飾、組裝、包裝及裝箱，如今都是非常適合自動化的常見任務。
• 改善表面外觀 – 客戶對表面外觀要求甚高，而零件的處理從模具到最後包裝或運輸容器也要更加小心。
• 產品生命週期縮短 – 產品更新及新品推出的腳步快速，因此製造流程也經常需要改變。
• 少量多樣 – 客製化產品、小量及根據需求的生產方式不僅減少庫存，也讓流程越來越短，使設置越來越緊繃。

在捷克的 2K Trend 使用單部 UR10 協作型機器人拿起鑲件，放置於射出模具內。

在過去 10 年，且隨著近期頻率提高，塑膠處理業者已開始採用一種全新的自動化，叫做協作型機器人或「Cobot」。這些協作型機器人通常以關節式手臂技術為基礎，再加上多種不同層面，例如安全性、使用者可編寫程式及標準六軸機器人的機動性。若要瞭解協作型機器人的魅力所在，可以先回顧一下為何關節式機器人手臂會如此流行。

六軸機器人擺放位置上的靈活度，以及整體活動範圍，都是其在射出成型領域獲得成功的關鍵。額外的自由度可解釋為材料處理、組裝和其他應用中各階段的更多選擇和可能性，因此可獲得下列實質的生產優勢： 

• 執行脫模前後加工的靈活度 – 在模具中置入鑲件並在脫模後製程中移動零件，不僅動作複雜，且角度及位置都非常講究。
• 降低工具成本 – 一般來說，四軸門型機器人需要複雜的工具來補足其運動上的限制。六軸關節式機器人手臂的動作範圍及靈活度可簡化工具及夾爪的成本及複雜度。

美國明尼蘇達州 Ramsey 的小型射出成型廠 Dynamic Group 使用優傲科技的 UR10 協作型機器人處理所有射出成型製程。機器人會拿起鑲件「書框」（左前）放入模具中，取下包覆射出零件的框架，將框架放入修邊機器中（左後），再將框架放於作業員前方進行手動加工。最後，協作型機器人按下按鈕，啟動下一個生產週期。 

• 精密鑲件上料的靈活度 – 六軸機器人具有定位靈活度及重複性，可輕鬆拿起精密鑲件並放入模具中。
• 取出複雜零件更容易 – 複雜的零件若無搭配頂出器將極難脫模，但六軸機器人具備靈活度，可輕柔地將零件從模中取出。

日本 Alpha Corporation 原考慮引進工業機器人來操作射出成型機，但最後放棄了此一想法，因為該公司沒有足夠空間可供設置安全防護圍欄。Alpha 最後選用 UR 協作型機器人，在射出成型機的鑰匙上取放射出塑膠鑲件。 

• 避障的靈活度 – 連桿、滑軌、管線及夾具經常會干擾零件的移動。六軸機器人擁有最大的靈活度，可在模具周圍輕鬆移動。
• 保養壽命 – 六軸機器人採用密封設計，不僅減少維護需時，更增加運作時間。由於大部分用於射出成型的門型機器人傳動鏈外露，因此需要定期維護。
• 靈活的安裝選項 – 許多六軸機器人可以各種方向進行安裝，讓配置、運作範圍及週期時間都達到最佳化。雖然一般常見安裝方式為在背面開口處安裝於地板或平台上，亦有安裝於牆上或天花板等其他選項可供選擇。對大部分六軸機器人來說，安裝方向都是固定的，且須在組建機器人時於工廠中設置。而其他型號則可在安裝現場快速設置方向。
  
  

Dynamic Group 的優傲科技 UR5 機器人和門型機器人共同作業。門型機器人將射出成型的零件放下到滑坡，而近接感測器將發出警示，並啟動 UR 協作型機器人拿起零件放到剪切機器上，接著再放到桌上，由作業員進行最終品檢。

• 上方淨空高度小 – 門型機器人有一重大缺陷：其垂直（Z）軸往機器人中線上方延伸。若無複雜昂貴的伸縮式 Z 軸，天花板高度至少要等於 Z 軸完全展開的高度。在多數廠房中，由於各種風管、線槽、水管、蒸汽及消防管線的存在，讓這一點非常難以實現。但就算在天花板非常低矮的建築物裡，也能輕鬆將六軸機器人裝在射出成型機上方。
• 有效運用樓板 – 對所有工廠來說，樓板面積都極為非常寶貴。隨著射出成型業者在其解決方案中追加各種前後處理，機器四周的樓板空間更是供不應求。六軸機器人直接安裝在機器上，不僅帶來六軸靈活度的優勢，也空出樓板空間進行二級操作。
• 輕鬆操作機器 – 有時候您會需要換模，又或者維修部門必須察看操作機器。將六軸機器人安裝在機器上或天花板上，也讓必要時的機器操作更便利。

日本 Alpha Corporation 安裝 UR 機器人大幅提高了生產力，為汽車鑰匙射出成型製程帶來 20% 的產出提升。

協作型機器人的優勢

在射出成型市場中，使用協作型機器人的趨勢有爆炸性的成長。協作型機器人不僅帶來上述的六軸特色，還伴隨著傳統自動化無法達到的重大優勢：

• 樓板空間更多 – 由協作型機器人的命名就可得知，它們可安全地和作業員近距離共同作業。若運用得當（進行風險評估後），協作型機器人通常不需傳統自動化那種笨重昂貴，又佔空間的安全圍欄及作業門。由於其協作特性，就算採地板或平台安裝，協作型機器人仍可釋放較多樓板空間，並可讓作業員快速進入協作型機器人的工作區域，而不須開啟安全柵門或關閉警鈴等（請注意，雖然機器人本身帶有感測器及力∕力矩限制設計，讓其可安全和作業員一起作業，但其末端夾治具或機器人所處理的零件，在無機械或光電防護的情況下仍可能造成傷害）。
• 接近作業員 – 協作型機器人設計為可安全和作業員、其他協作型機器人和機器從事近距離共同作業。透過協作型機器人和資深作業員的緊密互動，就能達到機器或作業員個別所無法達成的生產力。

在 Dynamic Group 可見到協作型機器人輕鬆在機台間移動。

• 機動性 – 協作型機器人不僅輕巧，也易於設置和編寫程式，通常被當作製造工具，視生產組合和排程需求在不同機器間移動。協作型機器人經常被安裝在活動底座或台車上，用輪子滑動到定點進行短期的零件生產回合。其他安裝方式還包括以磁吸底座或高精確度的夾頭進行安裝，讓協作型機器人能在機器間移動。
• 程式編寫簡易 – 部分協作型機器人具備非常簡易的程式編寫功能，讓協作型機器人的設置、程式編寫及介接射出成型機和其他周邊設備都變得很簡單。不需要學習特殊軟體語言，就算使用導引式示教，營運成本依然極低，讓中小企業也能成功部署機器人自動化。
• 低成本∕回收快 – 協作型機器人正在改變自動化的實作方式。簡化的程式編寫及設置、預先設計的周邊設備（例如夾爪，甚至是視覺系統）、以及減低或完全消除的額外防護，加總起來，讓自動化只有傳統機器人的一半成本。協作型機器人系統安裝通常位於美金 75,000 元的價格帶，也就是說成本回收相當快速，通常僅需六到九個月。