浅析工业用机器手臂的应用与未来的发展趋势

中国机器人工业得到了爆发式的增长，在主要应用领域，目前还是以以日本、南韩和德国为主，也是机器人市场的主要主导者。机器手臂的应用更是在其中扮演者重要的角色。调研机构预估到2021年，全球工业机器人的需求将增长82%。

智能制造的发展既然已是大势所趋，工业机器人的重要性也将与日俱增。尤其在许多制造大国的人口红利渐渐消失，人力成本不断上升之际，工业机器人更已成为这些制造大国维持制造业竞争力的主要关键。

自德国提出工业4.0后，包括机器人、物联网、工业大数据等也都跟着蓬勃发展，而原本在机器人产业就已扮演要角的日、德等工业大国，更是趁此趋势大力发展机器人及机器手臂。

工业机器人全球成长快速

根据国际机器人协会的统计，全球工业机器人销量处于稳步成长态势，特别是2005～2014年间，新装工业机器人年均成长速度达14%，也让全球工业机器人销量在2015年首次突破24万台，前五大机器人市场排名分别为大陆、南韩、日本、美国、德国，这5个国家工业机器人总销量占全世界的69.92%。

至于地区市场占比方面，亚洲为工业机器人使用量最大的地区，占比达50%，其次是美洲（包括北美、南美）和欧洲。值得注意的是，机器人在亚洲的销量从2012～2015年的年均成长成长15%，远高于美洲和非洲的6%，其中又以大陆、日本、南韩和泰国最多，占亚洲地区总量的75%，占全球销量的52.5%。

目前工业机器人主要应用国，则是以日本、南韩和德国为主，2014年日本每万名工人拥有323台工业机器人，南韩为437台，德国为282台，同时新增量更占全球的30.9%，市场规模分别为2.9万台、2.1万台、2万台，也让这些国家成为近年工业机器人技术、标准及市场发展的主导者。

根据工研院IEK针对全球智能机器人产值统计及预测，2016年整体市场的规模为540亿美元，未来可望逐年成长，到2020年时可达700亿美元（机器人产品本体，未含机器人系统）。调研机构Freedonia更进一步预估，全球工业机器人的需求到了2021年，将会比2011年有82%的成长。

机器人产业需靠政府政策协助

综观工业机器人主要产销国的发展，其实都离不开政府的帮助和政策引导。如德国在20世纪70年代推出的「改善劳动条件计划」中，就已强制要求部分有毒、有害的危险工作岗位必须使用机器人，而且工业机器人除应用于汽车、电子等技术密集型产业之外，德国在1985年提出的「向智能机器人领域进军」的计划，更开始致力于藉由机器人帮助传统产业改造升级，使机器人开始应用于德国的各个产业，不但让德国工业机器人的销量得以高于其他国家，并成为欧洲最大的多用途工业机器人市场。

德国于2012年推出的「工业4.0」计划，针对工业机器人的感知能力、学习能力、人机互动能力也提出更高的要求，德国联邦教育及研究部同时也已开始对人机互动技术和软件研发进行资助，希望新一代的机器人不仅能够接受人类的远程管理，还能够解决工业发展中的高能耗问题，进一步帮助制造业转型升级。

南韩的起步速度相较于德、日较晚，主要是因应南韩在汽车、电子产业对工业机器人的需求，在90年代引进日本发那科（FANUC）相关设备，逐步形成南韩的工业机器人产业体系，在2001～2011年间，南韩机器人装机总量年均增速高达11.7%，主要是以供焊接、密封、搬运、打磨等各项与汽车及电子产业制程有关的机器人为主。

虽然南韩的工业机器人产销成长相当快，但技术上与德、日仍有一段差距。南韩产业资源部于是在2003年发布了包括智能工业机器人在内的「十大未来成长动力产业」；更在2008年9月正式实施「智能机器人开发与普及促进法，将机器人产业提升到国家战略层面；2009年4月发布的「第一次智能机器人基本计划」，更进一步设定南韩要在2018年成为全球机器人主导国家。

日本则是透过产业重振计划，促进设备和研发投资，发展「机器人新战略」，主要是发展人机共存、人机协作，发展感测、控制与驱动系统、云端运算、人工智能等机器人技术。

大陆则因拥有世界工厂的优势，已成为全球最大的工业机器人市场，包括汽车产业，电子、食品加工、非金属加工和日用消费品等产业领域，都已开始大量应用工业机器人。

而在研发生产方面，包括卧龙电气、中兴通讯、中国南车、京东方及科大智能等业者，都已涉足机器人产业，产业群聚主要是在东北、京津冀、长三角和珠三角，其中长三角已是大陆最大的机器人产业群聚。

而在政府政策方面，依照大陆有关机器人产业的「十三五」发展规划，自主品牌机器人国产化率不但要达50%以上，更希望到2020年，大陆工业机器人年销量可达到15万台，保有量达到80万台；到2025年，对应的数字要求提升至26万台和180万台。

但大陆虽然身为全球最大的工业机器人市场，机器人产业的核心零组件和关键技术仍受制于新进国家，不但大部分需仰赖进口，成本更高出许多。以精密减速器为例，在大陆就已占到生产成本的45%，但在日本却仅为25%，导致大陆国产机器人目前仍缺乏竞争力。

工业机器人未来将更加智能化

IEK指出，受惠于控制技术和防止机器人间互相干扰的电路设计软件进步，生产在线的机器人配置密度将会愈来愈高。未来的机器人发展趋势，主要是透过物联网技术，让生产信息数字化，同时整理成大数据数据传达给机器人，让机器人可以扮演更加灵活的生产工具，而且包括机器学习、机器视觉等技术，从2D检测、定位到3D取放、量测、人机协作的相关应用，都将会成为机器人未来发展的关键。

随着机器人标准化结构、整合一体化关节、自组装与自修复等技术的改善，机器人的易用性与稳定性不断被提高，应用产业领域也从汽车、电子产业，迅速延展至食品、医疗、化工等更广泛的制造领域。

机器人本体也将会朝体积小及模块化的方向发展，如机器人关节模块中的伺服电机、减速机和检测系统，能做到三位一体化，希望能解决产品品项、规格过于复杂的问题，进一步缩短设计制造周期并降低生产成本。

工业机器人的作业能力要求，将会愈来愈精细，如位于宜兰的超品面包店，就利用机器手臂夹取移动冰糕，不但更快速，还能减少人手交叉污染，有效提高食品卫生安全，增加产品的稳定性。

未来的工业机器人需对人类行为进行学习，解决大量手工生产制程的自动化问题，同时不断拓展工业机器人的新功能突破复杂工作的技术瓶颈。

工业机器人与人协作的能力也将会不断提高，如采用声纳、摄影机或者其他技术，感知工作环境是否有人，如有碰撞可能，机器人就会减慢速度或者停止运作。

为了迎合制造制造趋势，工业机器人显然必须也要朝智能化发展，如何与其他智能设备连接共享讯息，而不只是强调高效、精确、可靠等传统价值，如何让工业机器人具有灵活性和敏捷性，并能在少量多样的生产趋势中，保持高产能和高质量，势必将会是工业机器人未来的主要挑战。