工業機器人技術回顧與2024年趨勢觀察

摘要：COVID-19疫情肆虐這三年讓全球了解未來面臨產業人力不足的嚴重性，如居家上班、結構缺工、勞動力不足等現象讓傳統需要大量勞動力的產業無所適從。值得慶幸的是，機器人技術發展並沒有因為疫情封鎖就停滯不前，使用各種新穎的機器人解決勞動力不足的問題，現況來看是一帖良藥。本文首先回顧2023年國內外機器人領導廠商技術動態，包含全球機器人四大家族及我國代表性機器人廠商發布的最新技術亮點，各自致力研究的項目領域，接著由相關市調來評估未來全球機器人成長趨勢，包含市場所在地區及機器人種類，最後說明未來趨勢及挑戰。
Abstract：The COVID-19 epidemic in the past three years has made the world realize the seriousness of industrial manpower shortages in the future. It’s a big issue for those traditional industries that need a large number of laborers because of structural unemployment, labour shortage and the policy “Work from home”. Fortunately, the development of robotics technology has not stopped by these phenomena. The use of various novel robots to solve the above problems seems to be a good solution. This article first reviews the technological trends of domestic and foreign robot manufactures in 2023, including the latest technological highlights released by the four families of industrial robots and Taiwan’s representative robot manufacturers, as well as respective fields of research. Then use relevant market surveys to evaluate future global robot growth trends, including the market region and robot types. The final section of this article introduces future trends and challenges about robot.

關鍵詞：人機協作、彈性化、機器人密度
Keywords：Human-robot collaboration, Flexibility, Robot density

前言
機器人從出現在電影科幻小說裡躍升至現實人們的世界只用了不到十年的時間，在當今凡事都講求效率的世界，機器人各個技術項目的突破一直是引導著工業是否能有革命性升級的關鍵。世界上第一台機器人於1959年由機器人之父-恩格爾伯格發明後[1]，機器人就開始蓬勃發展，開啟了包羅萬象領域的研究旅程。最廣受人們定義中的機器人為「一種系統裝置」，使用特定的程式寫入後並執行，能模仿並取代人類進行自主性決策的行為，憑藉上述特色，機器人很適合應用在一些對於人類適性較低的工作中如笨重繁瑣的取放、健康危害疑慮的環境、危險度高的工作區域等，與其說機器人即將取代人類的所有工作，「機器人即將會取代人類不喜歡的工作」形容較為貼切。機器人常見的種類有工業型機器人、協作型機器人、自動導引車(Automated Guided Vehicle, AGV)和自主移動機器人(Autonomous Mobile Robot, AMR)，在以下產業最常見其應用：
‧汽車製造業（Automotive Industry）:汽車從一個板金到車子一體成形需要經過多道工序，焊接、切割、組裝、噴漆皆為粗重且量大工作，人力往往無法負荷長時間的重複性作業，加上高溫及噪音，現今多數廠內僅能看到為數不多的工作人員在巡視有無異常發生，大多數作業空間充斥著各司其職的工業型機器人。隨著電動車(EV)產業崛起，機器人相關的技術也持續發酵下去。
‧電子半導體業（Electronic Semiconductor Ind-ustry）:隨著電子元件體積越做越小，講求精度與速度的需求上升，微型機器人順勢而生。另外，在半導體也有許多機器人的應用如晶圓的研磨、搬移取放、瑕疵檢測等，在講究潔淨度、高精度、抗震能力佳的場合，機器人能夠優異的扮演上述角色，市面上已有許多半導體業者在製程後段使用機器人來降低人為取放晶圓損壞風險，避免造成額外不必要的損失。
‧倉儲及物流業（Warehouse & Logistics Ind-ustry）:隨著電子商務販售商品越來越多元，物流業者將會有成千上萬、各種尺寸形狀重量不一的貨品要進倉管理，不管是貨品的挑揀管理、搬移堆棧、封箱配送皆是頭痛的問題。有了AGV、AMR等技術裝置的導入，厚重商品搬送與繁瑣的堆放將變得輕鬆許多。
‧消費服務業(Consumer Services Industry)：現今消費者已不僅僅是追求商品的品質，商品從製作完畢到消費者手上，其中的便利性與連帶的服務皆是影響消費者買單的因素，有了服務型機器人，食衣住行育樂方面均可以發揮其所，不論是免排隊等待的餐飲模式、打理生活起居的智慧管家、消費者一旦享受到嶄新的服務模式便會持續雪球滾動效應加大這個市場。
由上述可知，就算生產實力相近的兩家業者，缺少導入機器人技術的一方勢必會在成本、效率、品管等落於人後。本文將以機器人未來數十年皆為兵家必爭之地為基礎論點，逐步介紹機器人是如何以迅雷不及掩耳的速度踏進人類的世界。
2023年機器人技術動態回顧
2023年是機器人市場蟄伏躍起的一年，雖因這幾年中國市場的需求不振導致機器人出貨屢創新低，但全球少子高齡化、勞動力不足的關係更讓各產業機器人呈現導入速度加快的趨勢，可預期機器人市場未來總體仍會呈現持續上升。2023年全球最大的機器人展四大家族皆展示最新的技術[2]，ABB在金屬加工、自動車、塑膠業、電子業皆展示了廣泛的應用，六軸搬運型機器人能輕鬆地實現各產業組立搬運的需求，用強大的3D視覺可實現快速定位、夾取進行堆棧，追求高速的同時也能有效極大化利用空間，減少作業面積；KUKA的機器手臂十分強調易上手與設備相容性，除了本身協作機器人有極高的六軸自由度之外，控制器可以非常輕鬆的與其它感測器作連結，開放通訊環境讓客戶能從無使用手臂經驗迅速上手進行應用，同時也擁有著高省電、易保養維護的優勢；僅需透過平板觸控即可開始設定機器人的功能進行部署，以高度彈性化的程式助各行業進行生產，如汽車製造的噴塗焊接；YASKAWA展示了輕量化的協作機器人技術，操作便捷的介面加上各種視覺智慧化功能，可與各種品牌夾爪結合來進行生產。在國內領導廠商方面，全球第二大協作機器人達明依舊保持強勁的動能，其所推出的AI檢測系統與混合堆棧技術可大大地簡化產業在搬運的程序，安全的協作能力強化了一人一機的工作效率，高負載與低能耗的特性使機器人有良好的應用及續航力；所羅門自身擁有強大的AI技術能力，3D感測模組加上NVIDIA提供的平台可在幾張訓練圖片就作出判斷結果，不需設定即可擺放，顛覆了以往大家認知行為決策都必須先耗費大量時間進行訓練的認知；物流方面，不用事先學習也可辨識上萬種物件，實現自動包裝。
相關產業對工業機器人市場的影響
近年來航太產業蓬勃發展，不管是商用航空、軍用飛機，還有低軌衛星皆需要大量的製造才能跟上商用的需求。因性能的需求通常機體都非常龐大，材料方面的碳纖維與複合材料都屬於需特別留意加工工藝的材質，加工的葉片、機身、機翼的打造可以由高負荷機器手臂協助完工[3]，有一些特殊形狀、需表面處理的部分比起多軸加工機，機器人有較佳的施力點；綠能產業亦是這幾年的熱門時代寵兒，全球各國無不用盡各種心思建置各種乾淨的發電裝置，以近期的離岸發電為例，為了能在海上運轉渦輪發電，必須先在海床架設基座，接著由聳立的支撐架架高來接收穩定的風力，最後是與發電功率息息相關的大半徑葉片。上述除了在製造方面必須考慮相關加工精度及環境條件(如防海蝕)等因素外，在安裝過程需經歷困難重重的海上作業，陸續維護也是一大挑戰，這時選用機器人進行施作可幫助降低風險並能提高生產力。產業供應鏈的中游零組件生產製造是至關重要的部分，直接影響著日後的作動性能、效率、壽命。將基本的零組件由多軸的加工機來完成加工，需彈性化生產的多樣化的部件則是透過機器人的協助，完美符合航太與綠能產業在加工生產上的要求。