工業機器人未來的發展趨勢,將會由以往著重于汽車制造應用逐漸轉移至其他產業,應用范圍也會隨著速度、穩定性、安全性、精度、控制性和可用性而變得更加廣泛。此亦為精確定位控制的選擇與運用日益受到重視之主因。
汽車業是使用機器人最為成熟的產業,占整體市場近40%的比例。機器人的重復精度達到±0.02mm便符合汽車制造業的精度要求,大多數高階汽車產業機器人會配備密封旋轉絕對式光學編碼器,其他機器人則使用磁性和電感式編碼器或環形解角器。
但工業機器人的應用會由以往著重于汽車制造應用逐漸轉移至其他產業。機器人應用在電子產業(亦稱為3C產業)約占30%的市場比例,隨著電子產品做得越來越精巧輕盈,零件也愈加精密,對機器人運動控制的精度要求也就越來越高。
選擇編碼器確保機器人精度
無論機器人本身的設計多么精良,仍須仰賴所使用的元件才能充分發揮其功能與效用。機器人通常由主體(骨架)、伺服驅動系統、減速器及控制系統所組成。控制器需要接收機器人各連接處的即時位置回饋,因此編碼器也是確保機器人精度不可或缺的重要元件。
一般而言,設計機器人時會使用兩種編碼器:光學與磁性編碼器。
磁性編碼器與光學編碼器在位置感知原理上的差異,會因為環境條件不同,而產生不一樣的效能結果。磁性編碼器的設計採用霍爾效應感測器(Hall-sensor)技術,可在嚴苛的環境條件中輸出可靠的數位信號回饋,具廣泛操作溫度、高抗衝擊性與抗震能力、穩固密封及抗污染性等特色,且其非接觸式的精巧輕盈設計,則可確保長久穩定的運作。
光學編碼器使用光學來辨識編碼器位置,無論在解析度或精度上都更勝磁性編碼器一籌。為機器人設計選擇適合的編碼器時,必須根據應用時所重視的效能來判斷:是需要光學編碼器較高的精度,還是在極端環境條件下表現依然可靠的磁性編碼器?