工業機器人末端（End-Effector）在高速移動後停止時，機械臂的彈性形變造成末端振動（Residual Vibration），通常需要 0.1–1 秒才完全衰減——這個 Settling Time 直接決定了產線的節拍時間（Takt Time）。協作機器人（Cobot）的安全停止距離需要符合 ISO 10218-2 規範，任何非預期的過衝（Overshoot）都是安全隱患。高速攝影機是機器人廠商量化機械臂動態精度、縮短 Settling Time、驗證安全停止行為的直接量測工具——也是自動化機台調機工程師排查「機構動作為何不如 Spec」的根因分析手段。
機器人 / 自動化機構場景幀率需求
| 應用場景 | 關鍵物理事件 | 建議幀率 | 推薦機型 |
|---|---|---|---|
| 機械臂末端震動衰減（Settling Time） | 快速移動後末端 Residual Vibration 幅度 vs 時間，量化 Settling Time | 500–2,000 fps | AOS L-PRI / AOS M-PRI |
| 夾爪接觸動態（Gripper Contact） | 夾爪夾持工件的衝擊力、夾爪滑移、柔順機構（Compliant）形變 | 500–2,000 fps | AOS L-PRI / AOS M-PRI |
| Delta Robot 高速取放（Pick-and-Place） | 末端在 0.1–0.5 s 內完成一個取放循環，加速度 >10 g | 500–5,000 fps | AOS M-PRI / AOS L-PRI |
| 協作機器人安全停止驗證 | ISO 10218 要求的停止距離 / 停止時間，意外碰撞後的過衝 | 500–2,000 fps | AOS L-PRI / AOS M-PRI |
| AGV / AMR 碰撞偵測驗證 | AGV 與障礙物接觸瞬間的緊急制動行程、緩衝器形變 | 500–2,000 fps | AOS L-PRI / Mega Speed MS180K V2 |
| 滾珠螺桿 / 線性模組反衝（Backlash） | 方向切換時的反向間隙行程（μm 量級），影響定位精度 | 500–2,000 fps | AOS L-PRI（顯微鏡頭） |
| 皮帶傳動張力振動 | 高速移動時皮帶張力波動引發的末端振動 | 500–2,000 fps | AOS L-PRI / AOS M-PRI |
Settling Time 量化方法
機械臂末端的 Settling Time 是自動化設備產能的核心指標，傳統量測靠 Laser Displacement Sensor（點量測）或 IMU（積分誤差大），高速攝影機提供更完整的二維影像資訊：
- 量測流程：在機械臂末端黏貼高對比標靶（棋盤格 / ArUco Marker）→ 觸發高速攝影機（500–2,000 fps）→ 指令機械臂執行目標動作 → 影像追蹤軟體輸出末端 XY 位置 vs 時間曲線 → 計算進入 ±0.05 mm 窗口的時刻 = Settling Time
- 優勢：同步看 X/Y 方向分量、量化振動頻率（FFT）、與編碼器讀數比對（判斷是機械振動還是控制器跟隨誤差）
- 進階：多關節同步拍攝：Mega Speed MS180K V2 大視野可同時拍攝多個關節位置，捕捉多模態振動疊加現象
台灣機器人 / 自動化市場
| 機構 / 廠商 | 機器人高速攝影需求 | 幀率需求 |
|---|---|---|
| 台灣自動化設備大廠 | Delta Robot / 協作機器人 Settling Time 調機與安全驗證、產線自動化機台夾爪接觸與取放精度、AMR導引系統驗證、線性模組反衝量測 | 500–2,000 fps |
| 學研單位 | 機器人動態控制研究、Cobot 安全規範驗證 | 500–5,000 fps |
推薦機型選型
| 機型 | 幀率 | 機器人 / 自動化適用場景 |
|---|---|---|
| AOS L-PRI | 3,530 fps @ Full HD | Settling Time、夾爪接觸、Cobot 安全驗證（CP 最佳） |
| AOS M-PRI 4000 | 4,000 fps（全）/ 85,360 fps（最小 ROI） | Delta Robot 高速取放、皮帶張力振動 |
| Mega Speed MS180K V2 | 1,000 fps @ 4K / ~22,000 fps（ROI） | 多關節大視野同步、AGV 碰撞全場記錄 |
延伸閱讀：振動分析高速攝影機應用｜機械臂 / 機構模態分析 / DIC
延伸閱讀：半導體設備高速攝影機應用｜Wafer Handler 機械臂 / 自動化設備
延伸閱讀：沖壓成形高速攝影機應用｜自動化沖壓產線機構動態
作者：陳聖鑫 Alex Chen
東茂儀器科技有限公司｜業務窗口
10 年高速攝影機產業經驗，代理 AOS Technologies（瑞士）、SinceVision SSZN（中國）、DITECT（日本）、Mega Speed（加拿大）四大品牌，服務台灣半導體、汽車測試、學術研究客戶。