在工業4.0的範疇中，智動器及自動化是其中非常重要的一環。目前在三自由度並聯式自動化取放 (pick-and-place)設備中，最先進的設計是所謂的DELTA或EXPT機器臂，目前國內比較代表性的製造商是上銀科技，依構造形式不同，其在致動器部分是選擇電動馬達或是電動缸。國外的製造商則相當多，其中FESTO以電動缸或是無桿式氣壓缸作為致動器的設計較具代表性。本文將介紹另一種全新設計，具備結構簡易並較易實現的三自由度自動化取放機器臂，其基本結構設計是模仿傳統之三自由度動感模擬機台，例如：輪船或風帆船的運動模擬機台等，因其有承載力大的需求，故多以液壓缸或是大型電動缸為驅動致動器，並且有一些拘束器的設計。然而本文的全新結構設計是將上述傳統結構翻轉 180 度，變成可動之工作平台將處於下方以便進行取放 (pick-and-place)等裝配用機器臂研發。最後透過實作及實驗證實，本文所研發設計之簡易結構伺服氣壓3軸自動化取放機器臂的取放性能良好，控制簡易，成本低，具有未來推廣應用之潛力。
緒論
近年來在工業界流行著工業4.0的話題。工業4.0主要目的是為了提升工廠智能科技以及智慧化，而要達到工業4.0，自動化設備就極為重要，像是機械手臂進行包裝或是分類等都屬於自動化範疇中。就以機械手臂而言，其又可以分為串聯和並聯式，差別在於串聯式是所有的運動桿件沒有形成一個封閉的結構鏈，例如：關節式機器手臂、晶圓機器人和史卡拉機器手臂。相反的，並聯式則可形成一個封閉的結構鏈，其所具有的優點有高剛性、承受高負載、結構不易彎曲變形、不易有動態誤差、低慣性與構造簡單等，可以改善串聯式機構傳統機器人很難突破的根本限制。在機器人學中被定位為「並聯式機器人」，莫屬於六軸平台。有別於其他三、四軸平台，其是能有六個自由度的運動能力，因此稱之。目前三個自由度自動化取放(pick-and-place)設備中，最具代表的設計是所謂 DELTA 或是EXPT 機器臂，目前國內比較代表性的製造商是上銀科技。國外的製造商FESTO以電動缸或是無桿式氣壓缸為致動器的設計較具代表性。而本文為並聯式三軸平台，結構較常見的DELTA機器臂簡單也較容易安裝，其運動也是同樣具有三個自由度，可供自動化取放或裝配使用。
近年來，在氣壓硬體設備、系統架構及控制理論等方面皆有長足的進步與改善，因此，以氣壓來控制機械以及氣壓自動化操作的應用日漸普及。目前高科技產業已朝向精密化、微小化來發展，所以不論是精密加工、精密定位及量測設備等皆可看到氣壓系統的應用。另外，本文研究主題----並聯式機器人，其應用領域更是廣泛，例如：半導體製程、座標量測儀、飛行模擬器及自動化製造機台等等的應用。然而本文所提出之結構較為簡單之氣壓並聯式三軸平台的設計其實在近 30 年前早已有成熟產品，主要用在三自由度動感模擬機台上。例如：輪船或風帆船的運動模擬機台，因為其有承載力大的需求，故多以液壓缸或是大型電動缸為驅動致動器，並且有一些拘束器的設計。本文的創新外型結構設計是將上述結構翻轉 180 度，變成可動之工作平台將處於下方以便進行取放(pick-and-place)等裝配用機械臂研發。另外一個主要設計是：三支致動器將不再採互相平行的垂直擺置方式，而是採取某一傾斜角度方式並進而固定在下方較小的可動平板上。此一可動工作平台上即可裝置加工刀具或是量測儀器等來達成工業上的應用。本文另將在此一可動工作平台上直接安裝紀錄筆架，使其軌跡得以紀錄，以便達成取放控制或是循圓控制成果之曲線紀錄使用。並聯機械手臂的致動器大多都是選擇電動馬達或是電動缸，本文則使用成本更低且更為常見的單桿雙動氣壓缸來進行設計，由於單桿雙動氣壓缸的摩擦力較無桿式氣壓缸來得低，故在運動控制上經證實可以得到較為平滑(smooth)的控制。...更多內容，請見《機械新刊》雜誌。
