環(huán)顧現(xiàn)今智慧自動(dòng)化無論處於何種層級(jí)，線性傳動(dòng)系統(tǒng)仍是工廠內(nèi)最基礎(chǔ)、簡(jiǎn)而易見的構(gòu)成要素之一，且或許是延續(xù)自工業(yè)2.0時(shí)代「流水線」的生產(chǎn)模式，以及晶圓、面板等工件需求，從而衍生出各式各樣傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)控系統(tǒng)，藉以扭轉(zhuǎn)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；甚至是線性馬達(dá)/滑臺(tái)或直角座標(biāo)系機(jī)器人等，藉以更精確定位、穩(wěn)定搬運(yùn)上下料與產(chǎn)品。

從目前臺(tái)灣大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景來看，現(xiàn)代工廠內(nèi)無論是自動(dòng)化設(shè)備或流水生產(chǎn)線上的整體傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，仍必須建立在線性傳動(dòng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，並依客戶對(duì)產(chǎn)品要求、生產(chǎn)成本等元素，選擇不同動(dòng)力來源及驅(qū)控系統(tǒng)。現(xiàn)今線性傳動(dòng)系統(tǒng)在工廠環(huán)境裡的傳統(tǒng)運(yùn)作方式為借助液壓氣動(dòng)系統(tǒng)解決方案，來實(shí)現(xiàn)高速、低負(fù)載應(yīng)用，或者轉(zhuǎn)向必須產(chǎn)生強(qiáng)大動(dòng)力的液（油）壓系統(tǒng)。

卻也因此在常見的液/氣壓動(dòng)力系統(tǒng)裡，必須要搭配龐雜的管線、泵、閥門、調(diào)節(jié)器、潤滑器、空氣過濾器等諸多零組件，以及儲(chǔ)液（空氣）瓶、流量計(jì)、熱交換器和降噪設(shè)備，最後還有無法省下來的空壓機(jī)及馬達(dá)的電控、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。甚至是為了追求未來工業(yè)4.0目標(biāo)，必須搭載大量感測(cè)器和通訊所需的管路配線。

圖1 : 現(xiàn)代工廠內(nèi)無論是自動(dòng)化設(shè)備或流水生產(chǎn)線上的整體傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，仍必須建立在線性傳動(dòng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)。(source：pexels.com)

一旦邁向工業(yè)4.0之後，機(jī)械製造廠商和設(shè)計(jì)工程師將會(huì)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)化更能滿足當(dāng)前和未來的自動(dòng)化需求，既減輕了自動(dòng)化項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試所需時(shí)間，更能為自動(dòng)化系統(tǒng)的生命週期帶來可觀的總體持有成本效益。

且隨著如今多樣少量化、大批量客製化生產(chǎn)需求對(duì)智慧自動(dòng)化要求越來越嚴(yán)苛，線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的靈活和彈性應(yīng)用的特性，在追求工業(yè)4.0目標(biāo)下變得更不可或缺，此愈發(fā)凸顯機(jī)電系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，精確控制驅(qū)動(dòng)器的速度和位置。

當(dāng)任務(wù)參數(shù)出現(xiàn)明顯變化時(shí)，線性馬達(dá)不僅能讓系統(tǒng)完全可控，並具有高度重覆性，可達(dá)到微米級(jí)或更高剛性，還能輕鬆跟隨運(yùn)動(dòng)週期，透過軟體精確調(diào)整速度、加速度或定位。因此蘊(yùn)含機(jī)電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的自動(dòng)化系統(tǒng)更容易微調(diào)，讓使用者得以不斷適應(yīng)和改進(jìn)其流程。

安科自動(dòng)化：引進(jìn)線性馬達(dá)取代氣動(dòng)缸

有別於其他早期從傳動(dòng)零組件製造產(chǎn)業(yè)起家，再逐步跨入線性傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的製造業(yè)者，來自澳洲的安科自動(dòng)化公司（ANCA）最早是從生產(chǎn)CNC工具機(jī)的PC-Based控制器發(fā)跡，至今仍是貢獻(xiàn)該公司營收主力，再加上旗下運(yùn)動(dòng)控制、鈑金加工、技術(shù)服務(wù)解決方案，共4大事業(yè)群。

雖然該公司PC-Based控制器在臺(tái)灣市場(chǎng)仍非主流，但因?yàn)榘部谱詣?dòng)化自80年代，就開始協(xié)助客戶開發(fā)CNC刀具磨削工具機(jī)專用硬軟體，累積了豐富經(jīng)驗(yàn)；再利用自身強(qiáng)大的軟體運(yùn)算能力，積極轉(zhuǎn)型刀具磨削加工領(lǐng)域，直到2022年已可宣稱為全球最大的刀具五軸磨削加工機(jī)製造廠商，並希望藉此能強(qiáng)化臺(tái)灣設(shè)備製造業(yè)客戶及終端使用者，對(duì)於澳洲品牌自動(dòng)化設(shè)備及關(guān)鍵零組件的信心。

且安科自動(dòng)化也在企業(yè)轉(zhuǎn)型，開拓新興應(yīng)用領(lǐng)域市場(chǎng)的過程中發(fā)現(xiàn)，既然旗下PC-based控制器可在工具機(jī)產(chǎn)業(yè)經(jīng)由長期密切支援客戶，開發(fā)特定需求機(jī)種而成為世界第一；運(yùn)動(dòng)控制部門也應(yīng)該可以選擇專注支援臺(tái)灣工具機(jī)和半導(dǎo)體設(shè)備廠商，投入特殊領(lǐng)域發(fā)展，所以該公司自2014年就開始將之驅(qū)動(dòng)器、LINX高效能線性馬達(dá)等產(chǎn)品，導(dǎo)入該公司刀具磨削工具機(jī)上搭配CNC數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用，至今已有超過4,000顆LINX線性馬達(dá)在市場(chǎng)裡應(yīng)用，又依適用產(chǎn)業(yè)、廠商不同，分為LINX S/M/T三大系列產(chǎn)品。

其中除了LINX T系列線性馬達(dá)，係為了澳洲單一食品業(yè)客戶開發(fā)，採用耐酸腐蝕材質(zhì)且達(dá)到IP66防護(hù)等級(jí)，特別適用於化學(xué)或食品加工產(chǎn)業(yè)，確保其在高溫、高壓及腐蝕環(huán)境裡仍不受影響。最早開發(fā)的LINX S系列軸心式線性馬達(dá)，則是主要用於搭配自家刀具磨削工具機(jī)或其他機(jī)種，額定連續(xù)推力範(fàn)圍335N~630N、峰值推力達(dá)4,270N，用來研磨蝸輪等工件，可維持於軸向往復(fù)頻繁運(yùn)動(dòng)；其外觀與LINX M系列線性馬達(dá)外觀又略有不同，後者主要針對(duì)自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用而開發(fā)，持續(xù)推力範(fàn)圍80N~287N、峰值推力1,200N。

圖2 : 安科自動(dòng)化LINX M系列線性馬達(dá)，採取內(nèi)建編碼器定位，不必仰賴外部感測(cè)器蒐集訊號(hào)回饋，能直接套用於各種不同線性移動(dòng)的自動(dòng)化場(chǎng)域。（攝影：陳念舜）

依安科自動(dòng)化公司業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理陳柏勳分析，現(xiàn)今線性馬達(dá)的最大優(yōu)勢(shì)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要利用周圍的線圈（動(dòng)子）、中間鐵芯磁棒（定子），經(jīng)過通電感應(yīng)後控制其運(yùn)動(dòng)。LINX M系列線性馬達(dá)又與其他品牌機(jī)種最大不同處，在於採取內(nèi)建編碼器（Encoder）定位，不必仰賴外部感測(cè)器蒐集訊號(hào)回饋，就能直接套用於各種不同水平線性移動(dòng)的自動(dòng)化場(chǎng)域，可用來取代傳統(tǒng)被視為廉價(jià)、可靠，而被廣泛應(yīng)用的氣動(dòng)缸角色。

陳伯勳坦言，由於線性馬達(dá)的最大問題就是單價(jià)較為昂貴，所以至今只能取代部份氣動(dòng)缸市場(chǎng)，特別是在要求平順運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，首先即應(yīng)排除一旦通氣後，運(yùn)行曲線容易暴起暴落的氣動(dòng)缸，又要能高度彈性精準(zhǔn)控制定位點(diǎn)，更可以展現(xiàn)線性馬達(dá)的價(jià)值。不像氣動(dòng)缸必須仰賴外部實(shí)體開關(guān)控制定位，而只須修改驅(qū)動(dòng)器參數(shù)即可完成。

加上線性馬達(dá)結(jié)構(gòu)特性，幾乎沒有滾珠螺桿的磨耗或維修問題，或?yàn)榱硕ㄆ跐櫥ｐB(yǎng)，而增添漏油污染的風(fēng)險(xiǎn)，適用於食藥、醫(yī)材加工製造產(chǎn)業(yè)。省下空壓機(jī)、儲(chǔ)氣（液）瓶來維持24hr不失的成本，年久失修還會(huì)有管路洩漏，所衍生的維修費(fèi)用，將更有利於使用者降低長期持有總成本。創(chuàng)新的零淨(jìng)吸力設(shè)計(jì)，消除了平板式線性馬達(dá)不可避免的壓力，有效提升機(jī)器效率，並延長其壽命。

目前安科自動(dòng)化的LINX M系列產(chǎn)品的應(yīng)用範(fàn)例，包括平板線性馬達(dá)，運(yùn)作原理與磁浮列車相似，且散熱及防護(hù)功能更佳，可用於食品產(chǎn)業(yè)理貨、揀貨，最後再利用高壓水柱、蒸氣清洗留下的食物殘?jiān)?dǎo)入精密加工產(chǎn)業(yè)應(yīng)用時(shí)，線性馬達(dá)在晶圓（chip）測(cè)試盤，幾乎可無限次數(shù)調(diào)整位置、速度。

尤其是在鈑金加工產(chǎn)業(yè)，工業(yè)機(jī)器人雖可接受設(shè)定運(yùn)行路徑，卻難免因?yàn)槊靠罟ぜ⑾M(fèi)品的表面，都會(huì)存在些微公差或偏差，在拋光研磨時(shí)不易控制每件產(chǎn)品外殼的色彩、光澤一致。所以這兩年來，安科自動(dòng)化還將之導(dǎo)入配合機(jī)器人的拋光研磨作業(yè)，透過線性馬達(dá)感測(cè)力道後，穩(wěn)定輸出扭矩、推力，執(zhí)行非常細(xì)膩的動(dòng)作，以確保與機(jī)器人在拋光研磨過程中保持穩(wěn)定接觸，產(chǎn)出成品的表面光潔度及色澤差異不大。

過去也曾有鈑金加工業(yè)客戶反應(yīng)，傳統(tǒng)加工機(jī)臺(tái)一旦板材遭遇工件變更長度時(shí)，常需要人工花費(fèi)6~8小時(shí)去修正每個(gè)氣缸位置，耗時(shí)且效率低落，在過去大批量生產(chǎn)時(shí)代或許影響不大。但目前則可迎合少量多樣化生產(chǎn)模式，讓線性馬達(dá)可在10sec內(nèi)依伺服參數(shù)快速設(shè)定位置點(diǎn)，再利用其快速移動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，足以有效提升機(jī)器產(chǎn)能。目前安科自動(dòng)化在臺(tái)灣，主要向使用者推廣，可導(dǎo)入外圓或五軸刀具磨床，用來研磨凸輪、多邊形工件，適用於線馬進(jìn)行軸向頻繁往復(fù)動(dòng)作。

直得科技：推廣微型機(jī)器人應(yīng)用

進(jìn)一步分析現(xiàn)今廠內(nèi)工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)，約可涵括：?jiǎn)屋S機(jī)器人、直角座標(biāo)系機(jī)器人、水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人（SCARA）、垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人及並聯(lián)式機(jī)器人（DELTA）等。其中直角座標(biāo)系機(jī)器人，主要在於各個(gè)X-Y-Z直角座標(biāo)的長度範(fàn)圍內(nèi)作動(dòng)，適用於搬運(yùn)、取放等作業(yè)，可應(yīng)用的領(lǐng)域包括射出成型機(jī)的機(jī)器人設(shè)備，用於機(jī)器人移動(dòng)並定位、取放、堆疊、鎖螺絲、以及切割、裝夾、壓入、插取、裝配等工作。

且線性運(yùn)動(dòng)元件的應(yīng)用領(lǐng)域極廣，其中線性滑軌共由滑軌、滑座及滾動(dòng)體三大部分構(gòu)成，使用者利用滑座承載物件，以及滾動(dòng)體在滑軌上滾動(dòng)，進(jìn)行直線作動(dòng)的支撐導(dǎo)引組件。且線性滑軌的優(yōu)勢(shì)，就在於其高精度、高負(fù)荷能力、長壽命、標(biāo)準(zhǔn)化與廉價(jià)成本，所以被廣泛運(yùn)用在自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)、工具機(jī)產(chǎn)業(yè)、TFT-LCD、光電製造檢測(cè)及搬運(yùn)設(shè)備、電子產(chǎn)業(yè)機(jī)器設(shè)備、半導(dǎo)體製造檢測(cè)封裝搬運(yùn)設(shè)備、醫(yī)療儀器、印刷包裝機(jī)械、產(chǎn)業(yè)機(jī)械等，需要高精密定位的產(chǎn)業(yè)。

產(chǎn)品線又可分為門檻較低，多數(shù)廠商投入的標(biāo)準(zhǔn)型線性滑軌；以及高門檻，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手較少的微型線性滑軌。加上臺(tái)灣以半導(dǎo)體、面板、光電等產(chǎn)業(yè)見長，政府也將線性滑軌列為策略性關(guān)鍵精密零組件，所以直得科技於1998年創(chuàng)立時(shí)，即以從事精細(xì)化微型高精密線性運(yùn)動(dòng)元件的開發(fā)、生產(chǎn)與經(jīng)營為目標(biāo)，進(jìn)而向上延伸到驅(qū)控系統(tǒng)整合。

如今該公司不僅是全球首家量產(chǎn)3mm尺寸微型線性滑軌製造廠商，也是除了日系線性傳動(dòng)元件大廠THK、IKO以外，唯一能提供5、3、2mm全系列尺寸的世界前三大微型線性滑軌製造商。如今為了能順利打入智慧工廠供應(yīng)鏈，除了提供所需傳動(dòng)元件之外，還從無鐵芯線性/旋轉(zhuǎn)扭矩馬達(dá)和伺服驅(qū)動(dòng)器、高解析度編碼器（encoder）、通訊介面EtherCAT著手，逐步延伸到上位PLC數(shù)位控制系統(tǒng)；再陸續(xù)強(qiáng)化NC/CNC功能，整合機(jī)電系統(tǒng)的高速、高精及同步運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的電控技術(shù)（Mechatronics system）。

近年來，直得科技也投入推廣自家最新開發(fā)的cpcRobot系列微型六軸機(jī)器人，有別於傳統(tǒng)機(jī)器人主流市場(chǎng)規(guī)格，藉其在工業(yè)產(chǎn)品微小化的專長，打造出尺寸僅有一張A4紙大小的現(xiàn)今市場(chǎng)上最小的協(xié)作型機(jī)器人。首度在美國工業(yè)雜誌亮相，就以其微小且高高精度及靈活度的特性，一舉拿下2021 LEAP Awards的金牌獎(jiǎng)。.

圖3 : 直得科技打造出尺寸僅有一張A4紙大小的cpcRobot系列微型六軸機(jī)器人，為市場(chǎng)上最小的協(xié)作型機(jī)器人。（攝影：陳念舜）

其中S0微型六軸機(jī)器人號(hào)稱本體僅重3.5kg、最大負(fù)載可達(dá)0.5kg，同時(shí)搭配cpcStudio軟體PLC/IDE平臺(tái)，加上特殊的折疊設(shè)計(jì)能創(chuàng)造規(guī)劃多種不同路徑，以達(dá)到更高運(yùn)動(dòng)效率；另一款D80微型六軸機(jī)器人擁有5μm重覆精度，適用於更高精度需求場(chǎng)合，還在底座上設(shè)置操作面板，讓使用者直接規(guī)劃路徑。

兩者都讓使用者能利用該產(chǎn)品在尺寸上的優(yōu)勢(shì)，搭配自動(dòng)化多樣性及靈活角度運(yùn)轉(zhuǎn)，強(qiáng)調(diào)可在有限空間內(nèi)靈活運(yùn)動(dòng)，隨時(shí)配合產(chǎn)線調(diào)整最佳操作方式和位置，實(shí)現(xiàn)微型化相關(guān)製程，突破在不同產(chǎn)業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)主流，例如：生醫(yī)、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，以及實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)組裝微型產(chǎn)品、測(cè)試設(shè)備等自動(dòng)化作業(yè)。

未來還可望加入元宇宙、AR/MR等應(yīng)用情境的創(chuàng)新，增加功能達(dá)到精準(zhǔn)個(gè)人健康的遠(yuǎn)距居家復(fù)健，預(yù)估若將其應(yīng)用範(fàn)圍延伸至醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)，將可創(chuàng)造10倍以上的產(chǎn)值。若被導(dǎo)入應(yīng)用於手部復(fù)健的輔助機(jī)器人時(shí)，六軸機(jī)器人的活動(dòng)性與可變化性，將會(huì)是至為重要的關(guān)鍵。

易格斯：搭平臺(tái)協(xié)力打造經(jīng)濟(jì)型機(jī)器人

目前無論是在工業(yè)環(huán)境或者咖啡機(jī)中，為了最大限度延長線性傳動(dòng)裝置的使用壽命，並保持更低驅(qū)動(dòng)力，如何盡可能減少摩擦和磨損，變得非常重要。德國動(dòng)態(tài)工程塑膠專家igus現(xiàn)已順利取得突破，開發(fā)出首款創(chuàng)新滑動(dòng)材料iglidur E3，減少40%摩擦；並獲得drylin T微型線性滑軌採用，藉以實(shí)現(xiàn)極其平穩(wěn)運(yùn)行，提升設(shè)計(jì)自由度，首次從2:1設(shè)計(jì)原則最佳化擴(kuò)展到3:1，並為客戶增加了線性技術(shù)的設(shè)計(jì)靈活性。

igus指出，因?yàn)閕glidur E3根據(jù)工作點(diǎn)的不同，摩擦係數(shù)約為0.16，比起在硬質(zhì)陽極氧化鋁上測(cè)量的igus標(biāo)準(zhǔn)材料摩擦力降低40%，相較於市售滑動(dòng)材料甚至更低，這也意味著手動(dòng)調(diào)整需要的位移力降低40%。

igus直線與驅(qū)動(dòng)技術(shù)業(yè)務(wù)部主管Stefan Niermann 表示：「這是朝著更大設(shè)計(jì)自由度邁出的重要一步，因?yàn)樗刮覀兡軌蚴状螖U(kuò)大設(shè)計(jì)空間。」

圖4 : igus新開發(fā)的iglidur E3能確保減少線性傳動(dòng)系統(tǒng)40%的摩擦。（source：igus GmbH）

通常適用於線性滑軌的傳統(tǒng)2:1原則規(guī)定，驅(qū)動(dòng)力和固定軸承之間的距離不應(yīng)超過軸承間隙的兩倍，以避免因?yàn)槠叫卸绕睿瑢?dǎo)致卡死現(xiàn)象。反之，驅(qū)動(dòng)力和固定軸承之間的距離越大，磨損和所需的驅(qū)動(dòng)力就越大。

目前igus已將此設(shè)計(jì)原則擴(kuò)展至3:1，可以讓驅(qū)動(dòng)力在不影響線性滑軌運(yùn)動(dòng)的情況下，再增加50%，同時(shí)將原來所需驅(qū)動(dòng)力減少了40%，這也意味著在廠內(nèi)電動(dòng)應(yīng)用的節(jié)能比率。drylin T 微型線性滑軌還有09、12、15共3種尺寸，可藉協(xié)作型機(jī)器人導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)療技術(shù)以及工具製造等領(lǐng)域應(yīng)用。

微型線性滑軌的滑塊因具有igus 動(dòng)態(tài)工程塑膠眾所皆知的優(yōu)勢(shì)，在高性能工程塑膠材料中整合固體潤滑劑，即可確保安靜運(yùn)行、抗髒汙且無需保養(yǎng)，省去潤滑劑而節(jié)省成本，也有利於環(huán)境。透過新材料的混合和加工，以及在igus 測(cè)試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的無數(shù)次測(cè)試，igus 進(jìn)一步提升了動(dòng)態(tài)工程塑膠的應(yīng)用極限，並在線性技術(shù)中提供了新的設(shè)計(jì)自由度。

在齒跟齒之前圓弧的側(cè)邊，還會(huì)有更多空間留給塑膠，建立最佳化過後的螺紋角度，讓螺桿的中心可以有較大的面積，使之更為穩(wěn)定且堅(jiān)固，並且沒有噪音和震動(dòng)。在3D列印機(jī)、光學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)還有一些位置的移動(dòng)調(diào)整上，igus也有許多控制器和馬達(dá)，專門用來驅(qū)動(dòng)該公司線性滑臺(tái)的控制器、步進(jìn)馬達(dá)，能夠非常簡(jiǎn)單取得訊號(hào)。

igus在2021年發(fā)表全新的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)元件ReBeL核心，更是經(jīng)過大幅改良的工程塑膠變速箱，高度整合諧波式齒輪內(nèi)部，帶有動(dòng)力電子元件的直流無刷馬達(dá)（BLDC），可以連接到各種控制器；高度整合諧波式齒輪減速機(jī)，讓使用者只要透過igus旗下LCA（低成本自動(dòng)化）模組化平臺(tái)RBTX，就可以免費(fèi)下載合適的igus低成本控制系統(tǒng)。

**刊頭圖（source：festo.com）