迎合現今全球人型機器人市場正透過技術進步和市場需求推動其發展,與之相關的機構、零組件供應鏈,以及上游加工設備、工藝等挑戰,隨之應運而生。
根據研調機構相關預測,2027年全球人型機器人市場產值將超過20億美元,2024~2027年間的複合成長率(CAGR)達到154%。未來5~10年將迎來爆發性成長,至2035年產值可望達到260億美元,全球主要廠商正積極投入測試驗證,爭取在2025~2027年間量產上市。
人型機器人產業鏈3大群組
工研院產科國際所機械與系統研究組研究員陳佳盟進一步將目前人型機器人產業鏈概分為上中下游三個層次:上游主要是零部件和軟體系統供應商,包括電機、關節、感測器、控制器、操作系統等;中游是人型機器人本體的製造商,負責將各個零部件組裝成完整的機器人產品;下游則是人型機器人的終端應用市場,包括救災救援、公共安全、生產製造等領域。
核心構造則包含感測模組、控制模組、執行模組和能源模組,其中「執行模組」可視為人型機器人的「小腦」,包含多自由度的關節與驅動裝置,每個關節通常由伺服馬達驅動,並搭配減速機以實現精準的運動控制,因此設計須考量靈活性、穩定性與負載能力。控制系統、伺服系統(驅動器、伺服馬達、編碼器)、減速機等成本占比近7成,對臺灣廠商仍存在一定的技術門檻,須要從關鍵零組件的研發和製造上切入,以提升競爭力。
例如透過空心杯馬達的結構設計,減縮馬達的重量與體積,有助於提升高效率、低慣量和快速響應特性,滿足人型機器人高精度、快速動作的需求。行星滾柱螺桿則能將旋轉運動轉換為直線運動,並具備高精度、高效率及承受高負載的特性;可透過低摩擦設計降低能耗,並增加機器人的運動穩定性與壽命。
搭配諧波減速器為機器人驅動系統的核心零組件,可用於實現高精度的速度與扭矩控制,確保機器人關節動作的靈活性與穩定性。以及人型機器人的結構件通常採用輕量化與高強度的複合材料,不僅能降低機器人本體重量重,還能提高其續航力,從而提升運動性和能源效率。
表一:關鍵零組件的加工製作方式與技術門檻(source:工研院/陳念舜整理)
關鍵零組件
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加工製造方式
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技術門檻
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行星滾柱螺桿
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車削、銑削、磨削、熱處理及滾壓加工
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精度、功能可靠性、壽命、剛性
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諧波減速機
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車削、銑削、磨削、線切割、表面處理
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精度、疲勞強度
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複合材料件
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銑削、水刀切割、模壓成型
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分層與剝離問題、刀具磨耗
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空心杯馬達
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車削、銑削、精密繞線、電鍍與拋光、雷射切割
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繞線均勻性、散熱問題
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於今年臺北國際工具機展(TIMTOS 2025),也可看到包括國內外CNC數控系統大廠新代科技、臺達、Num(力盟)分別針對AI與機器人打造生態系,以加速落實於百工百業。
新代車銑磨削系統 導入高效智慧製造
其中CNC工具機與機器人PC-based控制器大廠新代科技,長期深耕於相關領域運動控制的軟硬體技術研發,也在今年TIMTOS展出新代22MA-PLUS控制器為核心的車/銑/磨床CNC數控系統,包含:
1.車床控制器,導入自動斷屑切削節能技術取代傳統高壓水泵、中心出水切削刀具,有效降低高壓水泵所造成的能源消耗、自動上下料效率,同時保證了加工品質,在為企業節約成本實現了環保目標。
2.磨床控制器,經由創新的「智慧修砂」節能、主軸動平衡自動化與最佳化路徑,有效管理加工過程中的砂輪消耗,同時提高了加工效率,為企業帶來了雙重效益。
例如在車削自動斷屑功能上,新代比起日系品牌控制器的優勢便在於簡單易用。只要根據刀具進給條件,自動運算低週波斷屑參數,即可透過畫面逐步導引使用者學習;未來也不排除加入AI功能,甚至讓使用者不必設定即可執行。
相較於歐日系品牌CNC控制器近年來提供工具機大廠Digital twin虛實模擬切削功能,新代其實在採集加工參數、運動特徵等,以優化表面品質時都有專責團隊,可協助客戶完成在加工前模擬作業。
加上新代在兩岸磨床市占率也高,所推出的「智慧修砂」功能,有別於傳統外接音頻感測器去偵測砂輪磨耗狀態的準確性不佳而造成浪費,如今可利用AI輔助判斷修砂時機,再加上磨床主軸自動化動平衡功能模組,直接在設備上校正修磨,將進一步提升效率與品質。
於新版高階機種控制器已內建AI晶片(NPU),具備一定程度算力;若需要更高算力也可在Edge PC進行,並提供離線模擬軟體防止干涉、計算節拍生產時間,讓設備客戶能搭配加工機臺隨插即用、自動上下料,減少缺工隱憂。
如今對於生成式AI所需的LLM模型也有所著墨,初期較傾向於公司內部輔助客戶語意服務、品管及追蹤判定,以及建立Digital twin路徑/參數最佳化算法,無論是新代或聯達,都可提供對應平臺、工具等產品,降低客製化門檻。
為迎合現今單機→自動化→雲端應用趨勢,新代還推出生產智慧雲方案,從最上層雲端「功能應用」開始,到了收集/平臺層開發出霧端解決方案,或是Edge Server、機聯網;直到最底層設備端,利用新代控制器IoT技術將設備和生產的訊息數位化,進一步分析工廠潛能,使製造廠商能管理自動生產並提高效率。
臺灣力盟Flexium Pro控制器 提供磨床軟硬體Turnkey Solution
此外,面對現今電動車、機器人等精密零組件的磨削需求,臺灣力盟公司(NUM)同時展出新款CNC系統FlexiumPro,除了延續NUM數控系統可擴充、高品質的硬體特色,專注於為利基和特殊專用機提供定制解決方案。讓OEM原始設備製造商客戶,可在不影響核心業務的情況下滿足需求,避免因開發內部系統而耗費資源,確保了高可靠度和長期投資效益。
同時整合軟硬體,為客戶轉型開發、調試和加值服務提供了新工具。包括Flexium Pro控制器與前一代Flexium+相比,便強調其利用內部SOC晶片、RTK(實時內核),整合了傳統CNC控制器和PLC等硬體合一而少了傳輸線、工業電腦等系統組件以優化性能,大幅減少了元件,能進一步提高質量穩定性;從而進行浮點運算,強大的處理器擁有極高的運算速度和擴展智能佈局,提高了加工速度和精度30%。
其PLC編程也符合IEC 61131-3標準,為開發、調試和服務提供了全新工具,而確保了具有極高的保值能力。目前Flexium Pro共有約200軸及40個通道以上、4,000個IO,外接2顆感測器,使之可用來即時補正研磨路徑,減少砂輪磨耗;超過1GB的PLC存儲器和30MB以上的用戶內存,可輕鬆控制最高要求的應用完全擴展,呈現小型配置的優勢,包括整合控制器及4軸驅動器縮小的電氣箱體積,都將提升節能減碳效益。
因應現有越來越多客戶使用為單一工具機應用而優化的特定功能,創造差異化。NUM的CNC系統不僅可獨特整合提供控制器、HMI組成數控系統,實現一站式購足,並確保客戶能作得出來,避免因分散採購,容易造成後續插補誤差。
且與Flexium+的相容性,確保了現有用戶的無縫遷移,包括相同的PLC 程式設計環境和向上相容的零件程式;重新設計的HMI支援觸摸、鍵盤和硬體輸入,並通過強大的SDK提供定制功能,允許使用者根據需要個性化HMI或整合其他模組。
同時提供NUM的開放軟體NUMgrind外圓磨削應用解決方案,包括9種內圓和外圓磨削迴圈,可依CNC工具機的特定需求修改、調整,而不侷限於PLC程序或HMI模組,定制形狀(如凸輪輪廓)和預配置參數的砂輪輪廓,支援配備各種修整系統的立式和臥式磨床,適用於新機床和改造項目。
甚至於將特定功能整合到CNC實時控制系統,因此能輕鬆加密,防止出現未經授權的複製行為;可與各種測量系統無縫集成,從而增強品質保證。進而針對每個解決方案,都提供對應的加工程式、匹配容易使用的HMI。
例如NUMgrind外圓研磨解決方案,便使用友善的人機介面來設定研磨加工程式、砂輪修整及3D模擬,可用來即時補正研磨路徑,減少砂輪磨耗,大幅節省OEM設備研發、操作人員培訓的時間。同時推薦新版刀具軟體New roto X,以解決客戶過去對於複雜的成型刀磨削模組設定不便的困擾,節省約50%設定時間。
未來也不排除在線上售服和操作手冊導入AI技術,讓客戶即使更新控制器,也能繼續使用原有功能軟體APP,延長工具機壽命。NUM還預計將在今年下半年,陸續推出蝸桿、螺紋磨削等專用HMI模組,甚至讓客戶提供工件的2D圖檔即可自動生成樣品,協助客戶節省約80%時間,只要最後檢查及微調即可。
另針對新興的電動車蝸桿、螺紋磨削,將會創造磨床需求,與其他臺灣同業相較,力盟會提供包括CNC控制器+軟體、HMI等完整數控系統,實現一站式整合購足,避免造成插補時落差,並確保客戶能作得出來。如大光長榮的異型研磨機,便搭配NUM的外圓/異型研磨Turnkey Solution,讓大光長榮、通展等使用者不必再重頭編寫程式;再加入自動量測與補正功能,而實現48hr無人化操作。