有別於傳統(tǒng)認知的工業(yè)機器人僅為單臂機型，主要用以替代人類執(zhí)行單純的3k（辛苦、危險、勞累）工作。隨著大國陸續(xù)推出制造業(yè)回流政策，對於已飽受缺工之苦的業(yè)者更是雪上加霜，勢必引進更多輕量化機器人與人協(xié)同共工的來提高生產(chǎn)力，并帶來關(guān)鍵零組件與安規(guī)的龐大商機。
因應(yīng)傳產(chǎn)制造業(yè)更需要藉此來彌補勞動叁與率不足，如今工業(yè)機器人已不僅止於一種高度整合自動化設(shè)備，用來替代人類執(zhí)行3k工作的單臂機種，在智慧工廠里更結(jié)合了新被賦予的人類或仿生物邏輯判斷能力，如環(huán)境感知、姿態(tài)規(guī)劃、運動控制、行為決策、彈性應(yīng)用等4大領(lǐng)域所組成的智能平臺。
包括驅(qū)動機器人應(yīng)用市場蓬勃發(fā)展的因素，也從過去在昏暗、高輻射熱等高危險、高負荷作業(yè)環(huán)境下，或有侵蝕性化學(xué)原物料，須從事有毒物質(zhì)、病毒試驗等不適合人類生存的環(huán)境下，必須導(dǎo)入機器人來執(zhí)行遠端作業(yè)，藉以完全替代人類，從而實現(xiàn)零接觸作業(yè)模式。
到了目前，傳產(chǎn)制造業(yè)更需要藉此來彌補部份地區(qū)進入老齡少子化社會後，導(dǎo)致勞動叁與率不足；以及地緣政治沖突造成的逆全球化趨勢，迫使各國爭相提出制造業(yè)回流政策，卻缺乏熟練技師而雪上加霜，亟須引進機器人來提高生產(chǎn)力。
人、機協(xié)作比重拉近 彌補勞動力下滑缺囗
根據(jù)2020年9月由世界經(jīng)濟論壇（WEF）發(fā)表的《未來就業(yè)報告》就已指出，現(xiàn)階段全球機器人工作量約占整體33%，人力占比為67%，但隨著老齡少子化社會導(dǎo)致工廠人力短缺，將加速自動化趨勢發(fā)展。WEF預(yù)估到了2025年機器人工作量，將從2020年33%增至47%，代表未來產(chǎn)線安裝自動化設(shè)備、機器人裝置及整合應(yīng)用需求會進一步擴大；人力占比也從2020年的67%減至53%，兩者比重逐漸拉近至平衡，各占一半（50%），代表人機協(xié)同共工的新作業(yè)模式即將成型，機器人應(yīng)用也會逐步演進為提供預(yù)判與決策。
依工研院產(chǎn)科國際所機械組分析師周??程進一步分析，過去在機器人1.0自動化階段，主要用於制造業(yè)執(zhí)行重復(fù)性高、危險又疲累的任務(wù)，此時控制器、伺服馬達與減速機為業(yè)界發(fā)展重點；到了機器人2.0數(shù)位化階段，則開始經(jīng)由感測器搜集數(shù)據(jù)來取得感知能力，促進機器人在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用擴大，并逐步朝向商業(yè)應(yīng)用拓展，發(fā)展視覺檢測、環(huán)境感知等搜集數(shù)據(jù)的硬軟體。
直到近幾年來進入機器人3.0協(xié)同化階段，開始導(dǎo)入影像辨識、自然語言處理及深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，實現(xiàn)機器人感知、推理到?jīng)Q策應(yīng)用，數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)、人機互動和自然語音成為發(fā)展重點項目；機器人4.0智能化階段，則企圖透過云端串流協(xié)同與運算能力，促使機器人持續(xù)協(xié)同及學(xué)習(xí)，以完成場域自主化運作，以預(yù)判決策、數(shù)據(jù)安全為重點發(fā)展。
根據(jù)IFR（International Federation of Robotics）統(tǒng)計2017~2021年間，在人機協(xié)作、互動共工趨勢下，更不斷推升協(xié)作機器人（Collaborative Robots；cobot）市場逐年快速成長，2021年銷量已達3.9萬臺，較去年成長50%、僅次於2018年成長67%；在工業(yè)機器人整體占比，也從2017年2.8%增至2021年7.5%。
主要動能包括：效能與成本，基於各應(yīng)用產(chǎn)業(yè)持續(xù)尋求提高作業(yè)效能、降低總體成本的解決方案；技術(shù)驅(qū)動創(chuàng)新，將隨著資通訊、智慧化、自動化技術(shù)持續(xù)進步；進而彌補人力缺囗，以順應(yīng)先進國家人囗老化、勞動力不足的趨勢。
目前國內(nèi)外已有協(xié)作機器人整合VR、AI等多項跨領(lǐng)域技術(shù)，延伸機器人遠端與彈性應(yīng)用。如德國DFKI「遠端控制機器人應(yīng)用方案」，即結(jié)合VR與Digital twins技術(shù)，以實現(xiàn)遠距維護、生產(chǎn)等應(yīng)用；日商OMRON以「Cell-line Control system智慧化生產(chǎn)系統(tǒng)」，整合協(xié)作機器人、AI、機器視覺及多種感測器，藉以滿足多樣少量化生產(chǎn)需求。
| 圖1 : 目前國內(nèi)外已有協(xié)作機器人整合VR、AI等多項跨領(lǐng)域技術(shù)，延伸機器人遠端與彈性應(yīng)用。（source：8z1xg04k.tinifycdn.com） |
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臺灣欣橋集團近年來也發(fā)表其「協(xié)作機器人力回??控制拋光應(yīng)用」案例，系結(jié)合力回??感測技術(shù)，設(shè)定表面施加力道，實現(xiàn)與人手相似磨拋的效果，適用於木質(zhì)或是金屬表面研磨。以及利用協(xié)作機器人堆棧應(yīng)用」，結(jié)合走行軸與on robot夾爪技術(shù)等，協(xié)助物流業(yè)搬運貨物。
協(xié)作應(yīng)用商機成熟 機器人大廠後浪推前浪
協(xié)作型機器人品牌（Universal Robots；UR），則自2008年發(fā)表全球首款工業(yè)用協(xié)作型機器人，迄今UR協(xié)作型機器人已在全球銷售超過50,000臺。UR也因為相信產(chǎn)業(yè)的成長與成功來自策略夥伴間的緊密合作，從而積極拓展產(chǎn)品生態(tài)系并促進資源交流，攜手凝聚創(chuàng)新動能。對應(yīng)機器人不同臂長和負載，皆支援UR+生態(tài)系中的各式末端夾爪、軟體、配件和應(yīng)用套件，賦予協(xié)作型機器人可彈性部署於不同產(chǎn)業(yè)的作業(yè)中使用。
面對當今全世界對於自動化需求因素不斷成長，包括保護員工不受危險和單調(diào)任務(wù)影響；企業(yè)將生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到離家更近的地方，以應(yīng)對環(huán)境變動；以及勞動力短缺，將成為未來不可輕視的挑戰(zhàn)。具備輕巧、編程簡易特性的UR機器人，將能快速導(dǎo)入至工廠既有產(chǎn)線上，釋放人力完成更有價值的任務(wù)，協(xié)助中小企業(yè)加速升級步伐，今年UR已正式宣布全球員工人數(shù)達到1,000人，并加碼推出新款UR20機種。
Universal Robots總裁Kim Povlsen表示：「依自家統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，UR至今只接觸約2% 全球所有潛在客戶，因此市場極富有潛力；在厭祝今天所創(chuàng)下的里程時，我們的目光堅定投向未來旅程，UR20則是最近推出的首款新一代協(xié)作型機器人。」
UR20除了采取全新關(guān)節(jié)設(shè)計而加速生產(chǎn)周期，更能處理重型物料之外，延伸至1,750mm臂長則是專為歐盟標準棧板的最大堆疊高度所設(shè)計，全面改寫包裝與堆棧模式；占地面積小，能讓企業(yè)在現(xiàn)有廠房里保有更多作業(yè)空間；更整合了進階軟體強化技術(shù)，提供使用者前所未見的運動控制能力，實現(xiàn)端到端（E2E）自動化目標。未來UR20還可導(dǎo)入於焊接作業(yè)、物料處理、機臺上下料與操作等應(yīng)用場景，也同樣能和廣大合作夥伴生態(tài)系打造的創(chuàng)新解決方案結(jié)合。
根據(jù)IFR統(tǒng)計臺灣2021年導(dǎo)入機器人數(shù)量為全球排名前十，相較前一年成長31%，顯示在疫情趨緩和臺商回流後，產(chǎn)線上的人力需求持續(xù)高漲。Universal Robots 大中華區(qū)總裁蘇璧凱Adam Sobieski也認為：「臺灣以出色的制造技術(shù)與人才享譽國際，看準制造業(yè)聚落的在地自動化成長動能，UR在臺灣主要城市設(shè)有技術(shù)支援和訓(xùn)練基地，設(shè)立服務(wù)據(jù)點推廣協(xié)作型機器人之外，進一步敏捷應(yīng)對客戶需求，全面推廣協(xié)作型機器人技術(shù)。」
| 圖2 : 國協(xié)作機器人大廠UR至今已在全球銷售超過50,000臺機器人。（source：UR） |
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就連傳統(tǒng)工業(yè)機器人四大家族之一的日本發(fā)那科公司（FANUC），近年來也終於推出自家協(xié)作型機器人CRX系列機種，并依5、10（標準/加長型）、20、25kg不同負載能力分為五種級別，為市場上少見的完整系列產(chǎn)品線；強調(diào)更為安全、簡單、快速，將可改善過去協(xié)作型機器人被視為精度差、速度慢，易學(xué)卻難以進階，其實也沒特別安全的印象。
如今所有CRX機種都具備「接觸即停」功能，最大差別是僅受到1~2kg施力即停，而不像市面上大部份協(xié)作型機器人須達到15kg以上，未符國際規(guī)范的11kg標準；FANUC還為此提供直覺簡易的編程工具，只要使用者按時序拖放圖形即可教導(dǎo)機器人運作。
面對近年來因疫情造成大量電商物流需求，最困難的就是在理、揀貨階段，必須取放大小不同的箱子置入籠車、堆疊放上棧板，才能搬運出貨，此時亟需自動化來彌補欠缺的人力。但過去推棧用機器人，只能針對有限尺寸與已知堆疊方法編程，一旦面對隨機變化的尺寸及順序時，便無法僅用簡單程式解決。
FANUC也因應(yīng)物流堆棧應(yīng)用需求開發(fā)出一套硬體架構(gòu)，包括利用CRX機器人搭配自家3D視覺感測器解決方案，可用來偵測隨機堆放不同箱子的尺寸、位置，再結(jié)合另一臺電腦來判斷，找出最隹堆疊方法。由FANUC藉其專利技術(shù)，預(yù)先規(guī)劃2處堆疊暫存區(qū)位置，并利用數(shù)位分身技術(shù)，來模擬機器人在堆棧時，該如何善用空間擺滿最多物件，來達到最隹化效益，未來只要是搭配FANUC機器人的系統(tǒng)整合商，也能獲得該技術(shù)程式碼進行開發(fā)。
| 圖3 : FANUC因應(yīng)物流堆棧應(yīng)用需求開發(fā)出一套硬體架構(gòu)，包括利用CRX機器人搭配自家3D視覺感測器解決方案及專利技術(shù)，進而找出最隹堆疊方法。（攝影：陳念舜） |
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制造業(yè)回流臺灣 再創(chuàng)臺制關(guān)鍵零組件商機
值得一提的是，由於現(xiàn)今伺服馬達技術(shù)盡管仍不斷演化與進步，但硬體核心結(jié)構(gòu)的變化始終不大，導(dǎo)入機器人使用時，并不以高轉(zhuǎn)速為主要訴求，而須能頻繁及正/反向加減速，且都能達到高精度定位控制。此除了有賴馬達系統(tǒng)本身采用更先進的驅(qū)動器、控制器，來提高能源效率；隨著智慧化與高整合化的應(yīng)用不斷發(fā)展，易安裝的靈活性也是重要的特色。
目前市面上國內(nèi)外機器人品牌大廠UR、TM，都以DC伺服馬達驅(qū)動機器人關(guān)節(jié)，驅(qū)動器體積及所需功率又比傳統(tǒng)工業(yè)機器人使用的大功率AC伺服馬達小。臺灣馬達大廠東元電機（TECO）近年來也利用自家馬達關(guān)鍵技術(shù)與其他硬、軟體配件及程式工具整合，開發(fā)出最新關(guān)節(jié)模組CJM，可??協(xié)助臺灣產(chǎn)學(xué)研各界，加速自主開發(fā)協(xié)作型機器人。
| 圖4 : 東元電機近年來也推出出最新關(guān)節(jié)模組CJM，可??協(xié)助臺灣產(chǎn)學(xué)研各界，加速自主開發(fā)協(xié)作型機器人。（攝影：陳念舜） |
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因為半導(dǎo)體制程進化，使得晶片效能不斷提升，也直接提升了馬達電源效率。CJM采用新一代馬達驅(qū)動晶片與32bit微型控制器MCU、FPGA雙核心處理能力，提高電流頻寬至6.1KHz，即可協(xié)助整合打造低功耗馬達，對於節(jié)能亦有助益；進而降低整定時間至1ms、編碼器解析度23bit，滿足高精密與快速響應(yīng)需求。
同時還支援EtherCAT高速通訊網(wǎng)路等多種高速通訊介面、符合IEC61800-7總線標準，可應(yīng)用於多軸市場的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)科技；搭配人性化的人機介面，與內(nèi)建自動增益調(diào)測技術(shù)（Auto-tuning）、高低頻抑制，使關(guān)節(jié)模組可在各種應(yīng)用場合操作。
進而陸續(xù)透過模組化設(shè)計，打造輕便且易用機種，秉持東元高度整合機電系統(tǒng)實力，可依客制化需求，快速更改馬達功率150~750W、減速比；高度整合直流伺服馬達及驅(qū)動器、雙編碼器、剎車、減速機，結(jié)構(gòu)體積緊湊小巧，在相同功率下比同業(yè)產(chǎn)品更小也更輕。
并導(dǎo)入該公司兩項機構(gòu)專利，包括：關(guān)節(jié)連接裝置、轉(zhuǎn)子剎車共軸技術(shù)，前者能有效提升出力軸法蘭盤組裝精度，縮短裝配時間；以及後者節(jié)約電磁剎車機構(gòu)空間，提升關(guān)節(jié)模組靜止時的高固定性。使之更容易安裝與編程，再被快速部署到各地，加速實現(xiàn)制造業(yè)的智慧化。。
藉此整合「開發(fā)時程短」、「快速導(dǎo)入」、「低技術(shù)門檻」、和「自行客制化」的特色，提供客戶一個機器自造平臺，再透過直結(jié)或自行設(shè)計臂管方式，得以較低成本打造專屬使用者構(gòu)型，可執(zhí)行荷重10kg自動搬運、夾取作業(yè)的2~6軸協(xié)作機器人，并透過手拉順應(yīng)教導(dǎo)等精準控制技術(shù)，協(xié)助業(yè)者無痛升級智慧工廠。
迎合國際安規(guī)需求 帶動電控系統(tǒng)成長
此外，隨著協(xié)作型機器人逐漸普及，目前業(yè)界除了重視功能、品質(zhì)與整體應(yīng)用方案效益外，也回應(yīng)消費市場端需求，必須更重視場域人員安全。例如國際標準組織（ISO）即將宣布的新版工業(yè)機器人標準ISO-10218，即針對從機器人本體，到周邊系統(tǒng)與應(yīng)用場景如何規(guī)范使用安全上，提出更具體的功能定義及所對應(yīng)的安全等級與條件。
預(yù)估此全球通用標準若能在2022年底生效後，未來無論在機器人使用端或供應(yīng)端，都須按此標準驗證，除了可加強於使用上的安全性，也盼能藉此帶動臺灣機器人產(chǎn)業(yè)鏈升級，接軌國際標準趨勢，未來在區(qū)域化生產(chǎn)趨勢下，相對能提升智慧制造系統(tǒng)方案對外輸出競爭力。
近期由智動協(xié)會與20多家業(yè)者及檢測驗證機構(gòu)發(fā)起「智慧自動化與檢測驗證聯(lián)盟（TAICA）」，便期盼作為臺灣首個交流平臺，針對安全標準進行宣導(dǎo)、檢測、驗證工作；同時鼓勵從終端使用、機器人制造商及零組件業(yè)者，以及系統(tǒng)整合商、經(jīng)銷商等，未來都能依此標準采購與生產(chǎn)，接軌國際趨勢，并將逐步引導(dǎo)自動化領(lǐng)域相關(guān)廠商以符合法遵，推動TS安全標章認證為最終目標。近年來專注於工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)領(lǐng)域的新漢智能公司，也為此開發(fā)出以SCB100硬體為核心的Safety解決方案，并通過EtherCAT開放通訊協(xié)定來串接周邊裝置；結(jié)合新漢智能提供的軟體，即可自行建構(gòu)3~7軸機器人并加以控制。
| 圖5 : 新漢智能符合新版安全標準ISO-10218，開發(fā)出以SCB100硬體為核心的Safety解決方案，并通過EtherCAT開放通訊協(xié)定來串接周邊裝置；待結(jié)合新漢智能提供的控制軟體，即可自行建構(gòu)3~7軸機器人。（攝影：陳念舜） |
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且依歐盟執(zhí)委會正進行一讀的機械規(guī)章（Machinery Regulation）的立法草案，將結(jié)合AI安全系統(tǒng)的機械產(chǎn)品納入監(jiān)管，而增列「AI系統(tǒng)等確保安全功能的軟體」及「確保安全功能而裝載AI系統(tǒng)之機械」兩類產(chǎn)品為高風(fēng)險產(chǎn)品，由原先適用自我宣告的驗證模式，提升到法規(guī)監(jiān)管程度較高的第三方驗證。
恐將反映在增添業(yè)者制造與驗證成本，以及對於跨領(lǐng)域整合人才需求，導(dǎo)致不利於中小企業(yè)的市場競爭力，還可能延遲產(chǎn)品上市時程，阻礙技術(shù)創(chuàng)新活動。預(yù)估最快可在2023年完成立法程序并正式生效。目前臺灣廠商生產(chǎn)制造的機器人等相關(guān)機械產(chǎn)品，系以提供一般性解決方案（general solution）居多，再由系統(tǒng)整合商、視覺廠商自行整合，導(dǎo)入於智慧制造應(yīng)用。必須盡快厘清新法規(guī)范系統(tǒng)供應(yīng)商與整合商的責(zé)任分配問題，始能有助於臺灣機器人業(yè)者及早因應(yīng)法規(guī)變革。
**刊頭圖（source：mages.squarespace-cdn.com）
