工業用機器手臂應用與發展趨勢

工業機器人未來在智慧製造趨勢帶動下，扮演的角色將會愈來愈重要。Wiki

智慧製造的發展既然已是大勢所趨，工業機器人的重要性也將與日俱增。尤其在許多製造大國的人口紅利漸漸消失，人力成本不斷上升之際，工業機器人更已成為這些製造大國維持製造業競爭力的主要關鍵。

自德國提出工業4.0後，包括機器人、物聯網、工業大數據等也都跟著蓬勃發展，而原本在機器人產業就已扮演要角的日、德等工業大國，更是趁此趨勢大力發展機器人及機器手臂。

工業機器人全球成長快速

根據國際機器人協會(International Federation of Robotics；IFR)的統計，全球工業機器人銷量處於穩步成長態勢，特別是2005？2014年間，新裝工業機器人年均成長速度達14%，也讓全球工業機器人銷量在2015年首次突破24萬台，前五大機器人市場排名分別為大陸、南韓、日本、美國、德國，這5個國家工業機器人總銷量佔全世界的69.92%。

至於地區市場佔比方面，亞洲為工業機器人使用量最大的地區，佔比達50%，其次是美洲(包括北美、南美)和歐洲。值得注意的是，機器人在亞洲的銷量從2012？2015年的年均成長成長15%，遠高於美洲和非洲的6%，其中又以大陸、日本、南韓和泰國最多，佔亞洲地區總量的75%，佔全球銷量的52.5%。

目前工業機器人主要應用國，則是以日本、南韓和德國為主，2014年日本每萬名工人擁有323台工業機器人，南韓為437台，德國為282台，同時新增量更佔全球的30.9%，市場規模分別為2.9萬台、2.1萬台、2萬台，也讓這些國家成為近年工業機器人技術、標準及市場發展的主導者。

根據工研院IEK針對全球智慧機器人產值統計及預測，2016年整體市場的規模為540億美元，未來可望逐年成長，到2020年時可達700億美元(機器人產品本體，未含機器人系統)。調研機構Freedonia更進一步預估，全球工業機器人的需求到了2021年，將會比2011年有82%的成長。

機器人產業需靠政府政策協助

綜觀工業機器人主要產銷國的發展，其實都離不開政府的幫助和政策引導。如德國在20世紀70年代推出的「改善勞動條件計劃」中，就已強制要求部分有毒、有害的危險工作崗位必須使用機器人，而且工業機器人除應用於汽車、電子等技術密集型產業之外，德國在1985年提出的「向智慧機器人領域進軍」的計劃，更開始致力於藉由機器人幫助傳統產業改造升級，使機器人開始應用於德國的各個產業，不但讓德國工業機器人的銷量得以高於其他國家，並成為歐洲最大的多用途工業機器人市場。

德國於2012年推出的「工業4.0」計畫，針對工業機器人的感知能力、學習能力、人機互動能力也提出更高的要求，德國聯邦教育及研究部同時也已開始對人機互動技術和軟體研發進行資助，希望新一代的機器人不僅能夠接受人類的遠程管理，還能夠解決工業發展中的高能耗問題，進一步幫助製造業轉型升級。

南韓的起步速度相較於德、日較晚，主要是因應南韓在汽車、電子產業對工業機器人的需求，在90年代引進日本發那科(FANUC)相關設備，逐步形成南韓的工業機器人產業體系，在2001？2011年間，南韓機器人裝機總量年均增速高達11.7%，主要是以供焊接、密封、搬運、打磨等各項與汽車及電子產業製程有關的機器人為主。

雖然南韓的工業機器人產銷成長相當快，但技術上與德、日仍有一段差距。南韓產業資源部於是在2003年發布了包括智能工業機器人在內的「十大未來成長動力產業」；更在2008年9月正式實施「智慧機器人開發與普及促進法，將機器人產業提升到國家戰略層面；2009年4月發布的「第一次智慧機器人基本計劃」，更進一步設定南韓要在2018年成為全球機器人主導國家。

日本則是透過產業重振計畫，促進設備和研發投資，發展「機器人新戰略」，主要是發展人機共存、人機協作，發展感測、控制與驅動系統、雲端運算、人工智慧等機器人技術。

大陸則因擁有世界工廠的優勢，已成為全球最大的工業機器人市場，包括汽車產業，電子、食品加工、非金屬加工和日用消費品等產業領域，都已開始大量應用工業機器人。

而在研發生產方面，包括臥龍電氣、中興通訊、中國南車、京東方及科大智能等業者，都已涉足機器人產業，產業群聚主要是在東北、京津冀、長三角和珠三角，其中長三角已是大陸最大的機器人產業群聚。

而在政府政策方面，依照大陸有關機器人產業的「十三五」發展規劃，自主品牌機器人國產化率不但要達50%以上，更希望到2020年，大陸工業機器人年銷量可達到15萬台，保有量達到80萬台；到2025年，對應的數字要求提升至26萬台和180萬台。

但大陸雖然身為全球最大的工業機器人市場，機器人產業的核心零組件和關鍵技術仍受制於新進國家，不但大部分需仰賴進口，成本更高出許多。以精密減速器為例，在大陸就已佔到生產成本的45%，但在日本卻僅為25%，導致大陸國產機器人目前仍缺乏競爭力。

工業機器人未來將更加智慧化

IEK指出，受惠於控制技術和防止機器人間互相干擾的電路設計軟體進步，生產線上的機器人配置密度將會愈來愈高。未來的機器人發展趨勢，主要是透過物聯網技術，讓生產資訊數位化，同時整理成大數據資料傳達給機器人，讓機器人可以扮演更加靈活的生產工具，而且包括機器學習、機器視覺等技術，從2D檢測、定位到3D取放、量測、人機協作的相關應用，都將會成為機器人未來發展的關鍵。

隨著機器人標準化結構、整合一體化關節、自組裝與自修復等技術的改善，機器人的易用性與穩定性不斷被提高，應用產業領域也從汽車、電子產業，迅速延展至食品、醫療、化工等更廣泛的製造領域。

機器人本體也將會朝體積小及模組化的方向發展，如機器人關節模組中的伺服電機、減速機和檢測系統，能做到三位一體化，希望能解決產品品項、規格過於複雜的問題，進一步縮短設計製造週期並降低生產成本。

工業機器人的作業能力要求，將會愈來愈精細，如位於宜蘭的超品麵包店，就利用機器手臂夾取移動冰糕，不但更快速，還能減少人手交叉汙染，有效提高食品衛生安全，增加產品的穩定性。

未來的工業機器人需對人類行為進行學習，解決大量手工生產製程的自動化問題，同時不斷拓展工業機器人的新功能突破複雜工作的技術瓶頸。

工業機器人與人協作的能力也將會不斷提高，如採用聲納、攝影機或者其他技術，感知工作環境是否有人，如有碰撞可能，機器人就會減慢速度或者停止運作。

為了迎合製造製造趨勢，工業機器人顯然必須也要朝智慧化發展，如何與其他智慧設備連接共享訊息，而不只是強調高效、精確、可靠等傳統價值，如何讓工業機器人具有靈活性和敏捷性，並能在少量多樣的生產趨勢中，保持高產能和高質量，勢必將會是工業機器人未來的主要挑戰。