採購必看！５種常見機械手臂種類與原理，教你選購機械手臂！

採購必看！５種常見機械手臂種類與原理，教你選購機械手臂！

想為你的企業導入自動化生產線，卻對機械手臂一知半解嗎？ 機械手臂的種類繁多，每種都有其獨特的優勢和應用場景。本文將針對企業導入自動化的需求，帶你深入淺出地了解機械手臂是什麼，以及一般關節型、門型、SCARA、Delta型，乃至於近期熱門的「協作型機械手臂」這五種常見的機械手臂種類與原理，並提供你選購與價格評估時的關鍵考量，幫助各大產業的企業選購最適合的機械手臂！

機械手臂是什麼？完整解析機械手臂構造與基本原理

機械手臂（Robotic Arm），又常被稱為工業機器人手臂，是一種能模仿人類手臂動作、由電腦程式控制的自動化設備。機械手臂的設計目標是代替人類執行高精度、連續性、高風險的作業。一套完整的機械手臂系統，其機械手臂原理主要透過五大核心構造互相協調運作：

• 手臂主體與關節：模擬人類手臂結構，提供穩固支撐的基座與連桿組成，可進行旋轉、伸展或移動。
• 驅動系統（馬達）：提供動力來源，驅動各個關節執行高精度角度控制
• 控制器：相當於機械手臂的「大腦」，負責接收指令、進行路徑規劃與控制各關節的動作。
• 感測器：偵測位置、角度、力道等數據，讓機械手臂在運作時能即時修正動作確保精準度。
• 末端執行器：如同機械手臂的「手掌」，依據用途可替換成夾爪、吸盤、焊槍或螺絲起子等工具。

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機器手臂怎麼動？５種機械手臂種類大揭秘！

機械手臂根據不同的結構特點，延伸出市面上常見的五大類型，包括：一般關節型、協作型、門型、SCARA和Delta型。每種類型的機械手臂原理都有其獨特優勢，適合用於特定任務和行業，確保在自動化過程中，實現精確度與適應性的完美平衡。
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一般關節型機械手臂

一般型是一種關節型機器人，具有三個以上的轉動軸。其中一個連桿固定於基座，能繞基座進行旋轉。其餘兩個連桿則類似鉸鍊結構，能實現相對轉動，且其轉動軸分別位於水平和垂直方向。這種運轉方式使機器人能夠靈活支援各類作業，包括拿取、搬運重物、工件取料、換料及入料等任務。尤其在CNC自動上下料領域中，廣泛應用於銑床、磨床、車床等機台產業。這類機械手臂原理能執行較為複雜的任務，因而具備較高的二手價值與保值性。

一般型應用與優點

最常見的一般型機械手臂為垂直關節式六軸機器人，這類的機械手臂原理是由六個旋轉軸依序串聯組成，能實現 XYZ 三個方向的平移運動，以及 Rx、Ry、Rz 三個方向的旋轉運動，共擁有六個自由度，具有極高的靈活性。這種類型的機械手臂由多個旋轉關節組成，能進行大範圍和重負載的運作，通常應用於製造或裝配領域。

• 高自由度：六軸設計讓機器人能靈活地到達各種位置與角度，適合複雜工件的處理。
• 多樣化性能：能夠根據需求選擇不同型號，從微型到重載型機械手臂皆可應用。
• 靈活性：可配合軌道進行靈活運動，不再受限於傳統機械手臂的定點運作。

協作型機械手臂

協作型機器人（Collaborative Robots，簡稱Cobots）的主旨在與人類工人一起工作，從而營造安全的協作工作環境。傳統的工業型機器人通常被定義需在安全圍欄內使用，而協作型機械手臂則主打高度安全性，具備感測防撞機制，能與人員並肩作業。這種類型的機器人通常用於組裝、產品包裝或檢測等任務。

協作型應用與優點

協作型機械手臂具備部署彈性高、操作門檻較低與安全性佳等優勢，適合導入在人機協作、上下料、鎖螺絲、搬運、檢測等作業情境中。由於機台體積較小、軟體介面直覺，企業能更快速導入自動化設備，改善工作環境並降低重複性作業對人員的負擔。

不過，協作型機械手臂並不代表能完全取代人力。多數應用仍需要人員在旁進行物料補充、品質確認、異常排除或流程協作，因此企業在導入時，仍需考量人力配置與教育訓練成本。若產線流程尚未標準化，或產品變化頻繁，也可能增加調整與維護的需求。

• 高安全性：可在特定條件下與人員於同一空間作業，降低傳統安全圍欄需求，但仍需依照現場風險評估設計安全機制。
• 部署靈活：機台輕巧、占地小，適合不同站點彈性調整，是中小型產線導入自動化的選擇之一。
• 學習門檻低：操作介面較友善，基礎培訓後即可上手，但仍需要人員具備基本操作、監控與異常排除能力。

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門型機械手臂

門型機械手臂採用直交座標式結構，具有簡單的搬運機構，並能提供高重複精度。其設計可單機使用或串聯組合，適合實現高荷重搬運作業。通常安裝於臥式車床等工具機上方，根據工具機型號、搬運物重量及穩定性需求，立柱可固定於工具機頂部或直接固定於工廠地面。由供料機提供素材，機械手臂自動化系統負責上下料搬運，實現「單機自動化」作業。

門型應用與優點

門型機械手臂在CNC車床的金屬加工中，主要應用於自動上、下料。其結構可透過長行程和多節橫樑連接，跨接多台臥式車床或加工機，並與供料機、暫置台、翻轉站、定位站、清洗機、尺寸量測機、雷射刻印機等設備協同運作，形成一個高效的自動化產線，實現一對多台加工機的整合與自動化作業。

• 定位精準度高：結構簡單且穩定，能確保在重荷載下進行精確的搬運與操作。
• 提升生產效率：可快速換料，達到產能提升及降低人工使用。
• 節省廠房空間：機體的占地空間小，可彈性配合CNC車床加工生產線。

SCARA機械手臂

水平關節式4軸機械手臂，通常簡稱為SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm），由三個水平旋轉軸和一個垂直升降軸組成。其法蘭面可實現XYZ方向的平移運動及Rz方向的旋轉運動，擁有四個自由度。SCARA手臂在X-Y平面上具有順應性（compliant），而在Z軸方向也能順應拉動，因此得名為「選擇順應性」。

SCARA應用與優點

SCARA是一種採用圓柱座標型的特殊型工業機器人，具有負載小、速度快的特點，廣泛應用於快速分揀、精密裝配等3C行業以及食品行業等領域。在IC產業中，SCARA機器人常用於晶圓、面板搬運、電路板運送及電子元件插入組裝等作業。

• 速度快：比起傳統的笛卡爾坐標機器手臂，SCARA的速度更快，因為關節數少。
• 佔地小：單座的安裝座需要的佔地面積較小、可以較簡單且無阻礙的安裝。
• 高精度：結合旋轉和平移關節，SCARA手臂提供高精度的靈活性。

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Delta型機械手臂

Delta型機械手臂，也稱為三角式機器人，是一種並聯式工業機器人。其機械手臂原理是利用三個機械手臂通過萬向接頭連接至機器人本體和末端效應器，並在機械手臂上採用平行四邊形結構來維持末端效應器的穩定方向。Delta機器人的運動速度極快，部分型號每分鐘可達300次動作，常應用於工業中的檢拾、包裝及快速搬運作業。

Delta型應用與優點

Delta型機械手臂的高速特性使其在包裝產業、醫療及製藥業中有廣泛應用，特別是在需要高效操作的環境中。由於高剛性，Delta機器人也可應用於手術中，提供精確的操作。此外，它還可用於無塵室中進行電子零件的高精度組裝，並適用於3D列印等創新領域。

• 輕量化設計：執行器安裝在機器人底部，減少了機械手臂需承載的重量，可使用輕型複合材料製成。
• 高速運動：由於慣性小，Delta機器人可實現高速運動和高加速度。

機械手臂原理進階：三大驅動方式

除了上述的結構種類，機械手臂的作動原理還取決於其驅動系統。根據不同的應用場合與負載需求，常見的驅動方式有以下三種：

• 電動驅動：這是目前最常見的動力方式，使用電動馬達（如伺服馬達或直流馬達）來驅動機械手臂的運動，具備極高的運動精度和速度控制能力。
• 液壓驅動：利用封閉管道中液體受壓後傳遞動力，在需要高承載能力和高功率輸出的情況下表現優異，例如碼垛型搬運機器人或重型加工設備。
• 氣壓驅動：使用壓縮空氣作為動力，雖然力量與精度不如電動與液壓，但結構簡單、維護成本低且動作迅速，常見於輕量型的取放作業。

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企業導入機械手臂的3大優點

在工業4.0與智慧製造的浪潮下，越來越多工廠選擇導入自動化機械手臂，其主要帶給企業的優勢包含：

• 提升生產產能與品質：機械手臂具備穩定且快速的特點，可進行24小時不間斷的運作，確保在長時間運作下維持一致品質，大幅提升整體產量。
• 解決缺工與技術斷層：能代替人類執行高精度、連續性的任務，降低對大量勞動力的依賴，有效解決當前製造業人力短缺的痛點。
• 降低勞動風險：能勝任危險、高溫、重物搬運或高重複性的工作，有效減少員工的職業傷害風險。

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如何選購適合自己產業的機械手臂？從原理到實務，一次掌握！

你是否正在考慮導入機械手臂，以提升生產效率、降低人力成本？機械手臂的種類繁多、功能各異，如何從眾多選擇中找到最適合自己產業的機種，想必是你心中的疑問。接下來，將帶領你從機械手臂的基礎原理開始，循序漸進地探討選購過程中的關鍵考量因素，協助各大產業都能找到最理想的自動化解決方案。
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掌握選購機械手臂的評估要素

了解機械手臂的基本原理，有助於根據自身產業需求挑選最適合的機械手臂，選擇時需考慮以下要素。

• 工作範圍：機械手臂的工作範圍應覆蓋作業區域，避免與其他設備發生干涉，以確保操作靈活。
• 有效載重：根據工件的重量選擇機械手臂，確保其能承載作業中的最大負荷，避免因過載導致損壞。
• 重複定位精度：機械手臂應具備高精度的重複定位能力，這對於精細作業尤為重要，能確保產品質量穩定。
• 速度：根據生產節奏選擇機械手臂的動作速度，確保與生產線的效率相匹配。
• 環境要求：工作環境中的溫度、濕度和灰塵等因素會影響機械手臂的壽命和性能，應選擇耐腐蝕、防塵的型號，確保機械手臂能適應各種環境條件。
• 安全性：機械手臂需具備安全保護功能（或選擇本身無須圍欄的協作型機械手臂），避免意外發生，保障工作環境安全。

機械手臂適用產業表

成本與價格的考量

機械手臂的價格可能因多種因素而有很大差異，例如機械手臂的尺寸、自由靈活度以及軟體操作性。在業餘或教育環境中使用的小型、簡單的機械手臂可能要花費幾百美元，而在製造業中使用的更大、更先進的工業機械手臂則可能要花費數萬美元或更多。除了初始購買的設備成本，還需考量長期運營所需的維護費用、能源消耗以及折舊成本。此外，隱形成本，如人員培訓、生產停工、或是安全圍欄的建置等也應納入考量。為了降低成本，企業可以從多方面著手，例如：選擇適合的型號、比較不同廠商的報價、選購耐用且有保固的機械手臂。然而，成本並非唯一的考量因素，不能只看初始投資，企業更應將機械手臂帶來的效益，如提升生產效率、改善產品品質等，綜合考慮整個生命週期的成本效益，納入整體評估。
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挑選機械手臂品牌

選擇機械手臂品牌時，不僅要考量機械手臂的性能和規格，還需注重品牌的技術實力、服務品質以及市場口碑。日商FANUC作為全球最大的數值控制器（CNC）和工業機器人製造商，擁有超過40年的歷史，並在全球擁有約270個據點。自1986年進入台灣市場以來，FANUC以最耐用的使用年限和永久保修服務贏得了廣泛的信賴。

挑選機械手臂公司

一家優質的機械手臂公司不僅是產品的銷售者，更是自動化生產線的可靠夥伴，能夠提供多方面的價值支持。首先，他們會提供專業的技術支持，從設備選型、系統集成到程序編寫，確保機械手臂完美融入你的生產線。其次，根據具體需求，提供定制化的自動化解決方案，幫助提高生產效率和產品品質。同時，公司也會提供完善的售後服務，包括安裝、調試、維修和保養，保障設備的長期穩定運行，並提供專業培訓服務，確保你的員工能夠熟練操作和維護機械手臂，進一步提升整體工作效能。
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機械手臂常見問題 (QA)

Q：機械手臂的末端執行器可以更換嗎？

A：可以。末端執行器就像機械手臂的「手掌」，企業可依據實際應用用途，將其替換為夾爪、吸盤、焊槍或螺絲起子等專用工具，以應對不同加工或搬運需求。

Q：工業型機械手臂與協作型機械手臂有何不同？

A：傳統工業型機器人通常被定義需在安全圍欄內使用，擁有較高的精度與速度，適合重負載與大規模量產；而協作型機器人則無須安全圍欄，專為與人類在同一工作空間共同作業而設計，著重於部署靈活性與高度安全性。

Q：機械手臂價格大約落在哪個區間？

A：機械手臂的價格範圍差異相當大，若是教育訓練或業餘使用的小型機械手臂，價格大約落在新台幣 1 萬至 10 萬元左右；而工業用機械手臂則會依照品牌、負載能力、軸數、精度與自動化整合需求不同，價格通常從新台幣 50 萬元起跳，高階機種甚至可能超過數百萬元。若再加上視覺辨識系統、夾治具、輸送設備與軟體整合，整體導入成本還會再提高。
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總結

了解機械手臂原理只是第一步，將其應用於實際的生產環境則需要更多專業知識和資源。選擇專業團隊協助，能讓你輕鬆打造高效的自動化生產線。樂保科技提供多樣且完善的FANUC機械手臂產品，並提供企業導入自動化後的定期保養、維修服務，還能快速處理機械手臂異常代碼問題。這些全面的服務不僅讓你的機械手臂運行更穩定，還能大幅提高成本效益，並保障設備的長期運行。立即聯絡我們，或諮詢官方LINE了解更多專業服務！
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