機械手

第一章、 緒論

1.1 前言

1.1.1 機械手

Robot 意思為強制性勞役，它是由捷克語 robotnik 而來，意思為奴隸、

僕人、農奴(王培垣，2000，頁 3；朱啟民、李祖昌、黃松榮，1985，頁 1)。

說到機器人就必須追朔到 1921 年捷克科幻作家卡雷爾·恰佩克的《羅素 姆的萬能機器人》[1]這本書中提到的機械人，這是「機器人」這個詞第一 次出現在世人的眼中，而第一台專門應用於產業工業生產所使用的機械手臂 是具有「機械手臂之父」之稱的約瑟夫·恩格伯格[2]所發明的。

在 20 世紀以前，人們以模擬仿人的動作及思考將機器人應用在生活或 是娛樂當中，工業中棧板專用的機械手臂成為減輕人力需求及負擔的搬運工 具。直到現今像是生活中最常見的掃地機器人、博弈發牌的機械手臂及目前 市面上有出現一些電子義肢，裡面裝有電腦及小型驅動器，能協助機械關節 作出更恰當的細微動作，在將來醫學及工業界更加成熟時，截肢者有望可以 透過這些新科技，能夠取代與恢復肢體的功能，如今諸如此類的機械手已經 深入生活中。

而機械手臂常見的型式有線性手臂[3]、SCARA 手臂[4]、關節多軸機械 手臂[5]等，而 SCARA 是由 1978 年，日本山梨大學牧野洋[6]所發明的，此

機器人擁有四個軸及四個可動自由度[7]，SCARA 的特色是其串接的兩桿結 構，Z 軸能夠上下移動且有良好的剛性，所以被大量用來使用裝配印刷電路 板及電子零件或是搬物取件等等，而機械手臂作動原理是以座標來控制，其 中可分為直角座標型[15]、圓柱座標型[16]、極座標型[17]、關節型座標 [18]。

圖 1.1.1-1 SCARA 機械手臂 (摘錄於 baike.baidu，SCARA)

在近幾年有著機械手套(RoboGlove)[8]的出現，機械手套最初是科學家 用來控制 Robonaut2 人形機器人[9]的，但現在結合了醫療技術增添了「力 量增強」的技術，由五個感測器、ㄧ個支撐架和ㄧ套電池組合而成，提供手 套所需要的動力以及傳感。

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圖 1.1.1-2 機械手套(RoboGlove) (摘錄於 kknews，RoboGlove)

值得一提的是應用在國際太空站的移動維修系統（Mobile Servicing System，簡稱 MSS）[10]以及探測火星的好奇號(Curiosity)[11]，移動維修 系統他的主要部件「加拿大臂 2」[12]，是在國際太空站的一個機器人系 統，在太空站的周圍進行設備的搬運以及補給，探測火星的好奇號，是以機 械車與機械手臂加上相機合成一台移動探測儀器，這兩種設計的理念與我的 論文概念不謀而合，有些人類所不能靠近的地方，能夠使用機械手臂代替人 類完成工作，就能既安全又有效率的完成工作。

圖 1.1.1-3 MSS 加拿大臂 2 (Canadarm 2) (摘錄於 微基百科，機械手臂)

3D 列印(3D printing)[13]，又稱加法製造、積層製造模型可使用電腦 輔助軟體包或是三維掃描器[14]生成，「3D 列印」這個詞的原意是指順序地 將材料沉積到粉末層噴墨列印頭的過程。最近此詞的含義已經擴大到廣泛包 括的各種技術，如擠壓和燒結過程。技術標準一般使用「增量製造」這個術 語來表達這個廣泛含義。而本論文所研究的仿生機械手能夠模擬手指動作，

通過控制馬達來控制手指屈伸。全套零件使用高精度的 3D 列印機列印，零 件精度高。

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圖 1.1.1-4 3D 列印機(3D Printer) (摘錄於 微基百科，3D 列印)