面對現(xiàn)今臺灣製造業(yè)對於精微傳動元件的需求，除了源自於可供擴(kuò)建新廠的土地、人力等「五缺」所限，必須藉此節(jié)約生產(chǎn)線空間並強(qiáng)化彈性之外，還同時促成了工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的輕量化七軸、協(xié)作型機(jī)種成為主流，甚至可與無人搬運(yùn)車整合。對於所需關(guān)鍵零組件的一體化驅(qū)控模組、諧波減速機(jī)等陸續(xù)問世，奠基上游的齒輪加工產(chǎn)業(yè)重要性更不言而喻。
尤其因應(yīng)終端消費(fèi)者習(xí)慣不斷求新求變，導(dǎo)致市面上產(chǎn)品數(shù)量大增、生命週期也越來越短，對於加工製造業(yè)者而言，必須為此迎接從少樣多量化、多樣少量化，進(jìn)階到大批量客製化需求，可在彈性自動化生產(chǎn)線上扮演關(guān)鍵角色的工業(yè)機(jī)器人功能，也有別於傳統(tǒng)只是搬運(yùn)取放（Pick & Place），或取代3k工作，還是望能迎合廠內(nèi)多元化應(yīng)用與生產(chǎn)模式。
例如自動化程度較高的汽車製造業(yè)，便不再只停留在傳統(tǒng)大批量生產(chǎn)時代，而須面臨每輛新車可能有上千項(xiàng)零組件必須拆解、分析、驗(yàn)證，甚至要多於實(shí)際生產(chǎn)的時間，所以勢必大幅提高彈性，從生產(chǎn)線（line production）改為小型單元（Small Working Cell），當(dāng)來料位置不固定時省下夾治具成本，才能滿足客製化、快速換模生產(chǎn)需求。
加上原本即有各自的領(lǐng)域知識及要求高度彈性，耗費(fèi)最多人力的傳產(chǎn)和電子代工業(yè)，則因?yàn)槿惫ざ鸩揭M(jìn)智慧機(jī)械，卻未必找得到適合的系統(tǒng)整合商（SI）協(xié)同規(guī)劃，只能尋求簡單、易用的解決方案，於最短時間內(nèi)完成佈署、具備大批量客製化交貨能力，才能在未來景氣快速反轉(zhuǎn)的第一時間搶下短/急單。
| 圖1 : 協(xié)作式機(jī)器人近幾年成長速度優(yōu)於傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人，預(yù)估到2027年市占率可望達(dá)到29%。（source：interact analysis） |
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其中協(xié)作型機(jī)器人（Cobot）因?yàn)榭膳c人類員工共享空間、分配工作，將較危險(xiǎn)、勞累、重覆性高的工作交由機(jī)器人協(xié)同工作，人類則負(fù)責(zé)較需要彈性作業(yè)；甚至因?yàn)轶w型更輕，得以搭配無人搬運(yùn)車（AGV），組成自主移動式機(jī)器人（Autonomous Mobile Robot；AMR）四處移動，確保符合ISO 10218-1/TS 15066/EN 13849-1等國際安全規(guī)範(fàn)，並減少工廠重新佈線的困擾，重要性正持續(xù)被國內(nèi)外使用者肯定。
包含日本工業(yè)機(jī)器人大廠FANUC今（2020）年推出的最新機(jī)種CRX-10iA系列，也屬於六軸協(xié)作型機(jī)器人，強(qiáng)調(diào)更安全、快速、簡易操作，具備非常敏感的「接觸停止」功能，只要感受到1~2kgf異常施力，就會即時停止（紅燈）；強(qiáng)調(diào)其採取手拉式直覺教導(dǎo)的操作感，會比同業(yè)更為輕盈；同時利用高度整合力/觸覺的驅(qū)控系統(tǒng)及配置區(qū)域安全感測器（Area sensor），使得CRX-10iA可在接近人體的「協(xié)?模式（綠燈）/手拉教導(dǎo)（閃綠燈）」，切換降速，以及「非協(xié)?模式（黃燈）」，採取比一般協(xié)作型機(jī)器人更快運(yùn)行速度2,000mm/sec。
| 圖2 : 工研院近期推出新型七軸驅(qū)控整合式關(guān)節(jié)機(jī)器人，模組化關(guān)節(jié)能依照不同應(yīng)用來變化軸數(shù)，執(zhí)行更多工的類人化作業(yè)。（souce：工研院） |
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工研院近期也不斷推陳出新七軸驅(qū)控整合式關(guān)節(jié)機(jī)器人，具備輕量化，單臂總重15kg；高精度，重現(xiàn)性0.02mm；以及驅(qū)控模組化等優(yōu)勢，不僅比起傳統(tǒng)六軸機(jī)種的軸數(shù)多，荷重比0.3的動作靈活自由又穩(wěn)定，模組化關(guān)節(jié)還能依照不同應(yīng)用來變化軸數(shù)，克服傳統(tǒng)機(jī)器人無法彈性調(diào)整臂長及構(gòu)型的缺點(diǎn)，執(zhí)行更多工的類人化作業(yè)，以因應(yīng)日趨複雜的製造需求。
表1.工研院前三代系列驅(qū)控整合式關(guān)節(jié)機(jī)器人比較表：
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第三代（七軸）
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第二代（六軸）
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第一代（六軸）
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特色
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僅有I-type/N-type兩種關(guān)節(jié)模組，單位重量的扭力輸出較第一代增加約30%，搭配七自由度設(shè)計(jì)提供更高的作業(yè)彈性，適合工業(yè)與服務(wù)型機(jī)器人應(yīng)用。
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分為L-type/I-type/N-type不同關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)改良後，具備體積小與輕量化優(yōu)勢，可搭配組成高精度協(xié)作型機(jī)器人。
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採取L-type構(gòu)型，經(jīng)自主開發(fā)馬達(dá)、減速機(jī)、驅(qū)動器、控制器等關(guān)鍵零組件，可達(dá)成工業(yè)應(yīng)用要求精度。
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重複精度
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±0.02mm
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±0.02mm
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±0.02mm
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荷重比
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總重15kg、荷重約5kg，荷重比0.3。
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總重12kg、荷重約5kg，荷重比0.41。
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總重10.6公斤、荷重約5kg，荷重比0.47。
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自由度
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7
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6
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6
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應(yīng)用領(lǐng)域
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結(jié)合AI人工智慧、與夾具等，機(jī)器人可做更多輕工業(yè)加工、家居服務(wù)與生醫(yī)照護(hù)的工作。
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可應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)器人教育訓(xùn)練、DIY市場等領(lǐng)域。
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可應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)器人教育訓(xùn)練、DIY市場等領(lǐng)域。
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諧波式減速機(jī)成核心 齒輪加工能力為成敗關(guān)鍵
關(guān)於輕量化機(jī)器人必不可缺少的高階關(guān)鍵零組件「諧波式減速機(jī)」，為1955年首先由美國C.W.Messer博士發(fā)明之後，因充份利用金屬的彈性力學(xué)，使得齒輪傳動同時嚙合齒數(shù)達(dá)總齒數(shù)30%，達(dá)成極高定位精度，在導(dǎo)入日本隔年開始量產(chǎn)後，世人不斷改良沿用至今。
該減速機(jī)不僅體積小、重量輕，而節(jié)約空間；具備高轉(zhuǎn)矩負(fù)荷、高剛性及低背隙，達(dá)成優(yōu)良的定位和旋轉(zhuǎn)精度等特性，方便客戶組裝與搭配，將馬達(dá)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動力，透過輸入軸上的齒輪嚙合，傳遞至輸出軸，以降低轉(zhuǎn)速並增加轉(zhuǎn)矩。由於齒輪的齒數(shù)比就是傳動比高，使之能提供同尺寸下多種減速比選擇，依客戶需求製作專屬樣式，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用於機(jī)器人自動化與檢測設(shè)備等要求定位精度準(zhǔn)確的控制機(jī)構(gòu)；。
目前在臺灣既有東培工業(yè)公司（TPI）善用多年來累積專業(yè)製造滾珠軸承的能量，成功開發(fā)出TD諧和式減速機(jī)，主要結(jié)構(gòu)僅有：波形產(chǎn)生器、撓性齒杯、環(huán)齒剛輪、交叉滾柱軸承，容易組裝，即可達(dá)到1:50~1:120高減速比。其中波形產(chǎn)生器還包含薄型軸承，由於齒型模數(shù)小、嚙合齒數(shù)多，使之可產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩及實(shí)現(xiàn)高迴轉(zhuǎn)、定位精度，實(shí)現(xiàn)小型輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；撓性齒杯，則受惠於其具備自主研發(fā)齒形能力，採用FEM技術(shù)分析齒對嚙合及齒面接觸應(yīng)力最佳化設(shè)計(jì)，具備高抗拉強(qiáng)度及承受韌性變形等特點(diǎn)。
同時建立從鍛造、車削、研磨組立、鋼珠及零配件等一條龍方式生產(chǎn)優(yōu)勢，更為此添購歐系高階插齒機(jī)、滾齒機(jī)和日系量測儀器；初期便與精密機(jī)械研發(fā)中心（PMC）合作進(jìn)行動態(tài)跑合測試，自主開發(fā)可同時記錄、分析軸承溫升和振動數(shù)據(jù)的軟體程式，從而具備完整的研發(fā)、製造、品檢能量，掌握可為自動化產(chǎn)業(yè)客戶提供標(biāo)準(zhǔn)及客製化能力的關(guān)鍵技術(shù)；再經(jīng)過客戶現(xiàn)場實(shí)測確認(rèn)後，開發(fā)出足以媲美日系同級剛性、精度和壽命的產(chǎn)品。目前東培工業(yè)除了導(dǎo)入自家智能化工廠使用之外，也持續(xù)對外促銷，提供業(yè)界開發(fā)輕量化、協(xié)作型機(jī)種之用。
上銀集團(tuán)（HIWIN）多年來對於線軌/滾珠螺桿、機(jī)器人等核心產(chǎn)品技術(shù)持續(xù)精益求精，
繼2015年併購臺灣齒輪研磨工具機(jī)大廠邁萃斯公司（MATRIX）以來，終於能掌握製造機(jī)器人關(guān)鍵零組件的諧波減速機(jī)專用加工設(shè)備，直接與歐日系大廠在同一起點(diǎn)競爭，得以提升機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，加快上市布局，以克服過去日本產(chǎn)官方不許輸出加工機(jī)器人相關(guān)設(shè)備及刀具限制，或?qū)е鲁杀敬笤龆ジ偁幜Α?/span>
對於邁萃斯公司而言，則能享有上銀集團(tuán)自製零組件成本較低、及全球布建完整行銷通路之優(yōu)勢，藉此導(dǎo)入上銀旗下大銀微系統(tǒng)開發(fā)的直驅(qū)（DD）馬達(dá)，解決過去仰賴外購大功率輸出伺服馬達(dá)帶動螺桿的缺憾，期許未來能實(shí)現(xiàn)控制器、驅(qū)動、傳動元件全國產(chǎn)化目標(biāo)，也帶動臺灣廠商跟進(jìn)，提升五軸加工機(jī)競爭力。2018年還與英國百年螺?磨床大廠Matrix協(xié)同設(shè)計(jì)研發(fā)，結(jié)合Matrix的豐富研發(fā)及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，與邁萃斯的精密製程與創(chuàng)新能力，提供客戶優(yōu)質(zhì)的專業(yè)服務(wù)。
| 圖3 : 上銀集團(tuán)繼2015併購臺灣齒輪研磨工具機(jī)大廠邁萃斯公司以來，終於能掌握製造諧波減速機(jī)專用加工設(shè)備，以提升機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，加快上市布局。（攝影／陳念舜） |
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到了今年初由上銀集團(tuán)總裁卓永財(cái)正式接手治理公司後，更延續(xù)去年親自帶領(lǐng)上銀科技主要幹部駐廠，從源頭開始利用結(jié)構(gòu)、有限元素分析等電腦輔助技術(shù)，逐步改良全系列機(jī)種和製程等問題，以確保性能和品質(zhì)穩(wěn)定，預(yù)估今年底即可達(dá)到國際DIN 4精密加工標(biāo)準(zhǔn)，明年將推出新款齒輪研磨工具機(jī)。看好未來受惠於汽車電動化趨勢，對於連結(jié)電動車馬達(dá)的減速齒輪研磨精度要求更高，將促使齒輪產(chǎn)業(yè)加速升級，才能搶進(jìn)新興電動車產(chǎn)業(yè)鏈。
值得一提的是，人生第二度創(chuàng)業(yè)的盟英科技公司總經(jīng)理陳士端則因?yàn)槌錾砉ぱ性簷C(jī)械所，且在首度創(chuàng)業(yè)成立陸聯(lián)公司，便是少數(shù)甚早採用國產(chǎn)PC-Based控制器、介面的背景下，習(xí)慣與臺灣上中游產(chǎn)業(yè)鏈共享資源，讓他轉(zhuǎn)而投入開發(fā)諧波式減速機(jī)之後，便採取不同於國內(nèi)外同業(yè)堅(jiān)壁清野的模式，導(dǎo)致新進(jìn)業(yè)者開發(fā)成本居高不下，而希望建立一個類似於臺積電的開放創(chuàng)新生態(tài)系。
包含由該公司釋出開發(fā)諧波式減速機(jī)的Domain knowledge之後，選擇與臺灣上中游材料、設(shè)備製造廠商技術(shù)密切合作，開發(fā)精微加工專用的切齒機(jī)、滾齒機(jī)、插齒機(jī)，產(chǎn)品可直接達(dá)到DIN 4等級，既減縮盟英科技開發(fā)成本及上市時間，還能帶領(lǐng)供應(yīng)鏈夥伴共同升級，跨足高精密加工領(lǐng)域。同時與終端客戶協(xié)作開發(fā)客製化減速機(jī)，以提供一體成型、圓滑精美外觀的工業(yè)/服務(wù)型輕巧機(jī)器人所需所需末端、腕部關(guān)節(jié)，可與大陸競爭對手在標(biāo)準(zhǔn)品的紅海區(qū)隔。
盟英科技具備工研院投資、技轉(zhuǎn)的背景，可自主掌握人才優(yōu)勢，目前該公司內(nèi)部工程師群主要來自於工研院過去開發(fā)驅(qū)控模組一體化結(jié)構(gòu)中的諧波減速機(jī)團(tuán)隊(duì)。陳士端說：「當(dāng)時機(jī)器人減速機(jī)市場約80%屬於可承受較高荷重的RV（擺線式）機(jī)種，只有15%屬諧波式機(jī)種，卻是工研院發(fā)展較為成熟的技術(shù)，而由盟英科技率先導(dǎo)入開發(fā)後，也正好迎合現(xiàn)今20kg以下輕量化協(xié)作型/SCARA機(jī)器人主流，主要供應(yīng)臺灣工業(yè)/服務(wù)機(jī)器人、運(yùn)搬自動化設(shè)備廠商打樣製造，以及半導(dǎo)體設(shè)備維修等服務(wù)來不斷創(chuàng)新加值。」
| 圖4 : 盟英科技希望採行類似臺積電的生態(tài)系模式，既輔導(dǎo)上游設(shè)備、材料廠商，開發(fā)專用於加工諧波減速機(jī)的切齒機(jī)、滾齒機(jī)、插齒機(jī)，同時與下游等機(jī)器人製造廠商合作。（source：盟英科技） |
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聞但他也指出，由於諧波式減速機(jī)問世65年來，引進(jìn)生產(chǎn)的國內(nèi)大廠層出不窮，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其實(shí)大同小異，該公司的核心優(yōu)勢主要在於減速機(jī)內(nèi)部細(xì)節(jié)的外觀、齒形設(shè)計(jì)及輸出/入效能，足符合客製化需求，並直接提供日本、瑞士、大陸等專業(yè)刀具製造大廠，打造專屬刀具，以及從理論基礎(chǔ)開始建立CNC控制器的數(shù)學(xué)函式資料庫。
以及長期穩(wěn)定的精度及可靠度品質(zhì)，從草創(chuàng)初期便先購足瑞士量檢測儀器、德國蔡司三次元量床等，完善製程中每一步驟的檢測程序，包含從源頭開始的CAD/CAE電腦輔助設(shè)計(jì)、有限元素分析驗(yàn)證，甚至是熱處理過後的材質(zhì)、金相檢驗(yàn)設(shè)備等，都能確保與原始設(shè)計(jì)比對無誤，所投資軟硬體的經(jīng)費(fèi)其實(shí)不輸加工設(shè)備。
未來盟英科技除了銷售產(chǎn)品及Domain knowledge組成的全方位解決方案之外，還希望能整合投資夥伴新代、盟立的控制器、馬達(dá)及驅(qū)動系統(tǒng)、感測器等關(guān)鍵零組件，預(yù)計(jì)最快可在2021年正式量產(chǎn)。
**刊頭圖（source：powertransmissionworld.com）
