工業(yè)用機(jī)器手臂的應(yīng)用與未來的發(fā)展趨勢

　　中國機(jī)器人工業(yè)得到了爆發(fā)式的增長，在主要應(yīng)用領(lǐng)域，目前還是以以日本、南韓和德國為主，也是機(jī)器人市場的主要主導(dǎo)者。機(jī)器手臂的應(yīng)用更是在其中扮演者重要的角色。調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)估到2021年，全球工業(yè)機(jī)器人的需求將增長82%。

　　智能制造的發(fā)展既然已是大勢所趨，工業(yè)機(jī)器人的重要性也將與日俱增。 尤其在許多制造大國的人口紅利漸漸消失，人力成本不斷上升之際，工業(yè)機(jī)器人更已成為這些制造大國維持制造業(yè)競爭力的主要關(guān)鍵。

　　自德國提出工業(yè)4.0后，包括機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)等也都跟著蓬勃發(fā)展，而原本在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)就已扮演要角的日、德等工業(yè)大國，更是趁此趨勢大力發(fā)展機(jī)器人及機(jī)器手臂。

　　根據(jù)國際機(jī)器人協(xié)會的統(tǒng)計(jì)，全球工業(yè)機(jī)器人銷量處于穩(wěn)步成長態(tài)勢，特別是2005～2014年間，新裝工業(yè)機(jī)器人年均成長速度達(dá)14%， 也讓全球工業(yè)機(jī)器人銷量在2015年首次突破24萬臺，前五大機(jī)器人市場排名分別為大陸、南韓、日本、美國、德國，這5個(gè)國家工業(yè)機(jī)器人總銷量占全世界的69.92%。

　　至于地區(qū)市場占比方面，亞洲為工業(yè)機(jī)器人使用量最大的地區(qū)，占比達(dá)50%，其次是美洲（包括北美、南美）和歐洲。 值得注意的是，機(jī)器人在亞洲的銷量從2012～2015年的年均成長成長15%，遠(yuǎn)高于美洲和非洲的6%，其中又以大陸、日本、南韓和泰國最多，占亞洲地區(qū)總量的75%，占全球銷量的52.5%。

　　目前工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)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臺工業(yè)機(jī)器人，南韓為437臺，德國為282臺，同時(shí)新增量更占全球的30.9%，市場規(guī)模分別為2.9萬臺、2.1萬臺、2萬臺， 也讓這些國家成為近年工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)及市場發(fā)展的主導(dǎo)者。

　　根據(jù)工研院IEK針對全球智能機(jī)器人產(chǎn)值統(tǒng)計(jì)及預(yù)測，2016年整體市場的規(guī)模為540億美元，未來可望逐年成長，到2020年時(shí)可達(dá)700億美元（機(jī)器人產(chǎn)品本體，未含機(jī)器人系統(tǒng)）。 調(diào)研機(jī)構(gòu)Freedonia更進(jìn)一步預(yù)估，全球工業(yè)機(jī)器人的需求到了2021年，將會比2011年有82%的成長。

　　綜觀工業(yè)機(jī)器人主要產(chǎn)銷國的發(fā)展，其實(shí)都離不開政府的幫助和政策引導(dǎo)。 如德國在20世紀(jì)70年代推出的「改善勞動(dòng)條件計(jì)劃」中，就已強(qiáng)制要求部分有毒、有害的危險(xiǎn)工作崗位必須使用機(jī)器人，而且工業(yè)機(jī)器人除應(yīng)用于汽車、電子等技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)之外，德國在1985年提出的「 向智能機(jī)器人領(lǐng)域進(jìn)軍」的計(jì)劃，更開始致力于藉由機(jī)器人幫助傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級，使機(jī)器人開始應(yīng)用于德國的各個(gè)產(chǎn)業(yè)，不但讓德國工業(yè)機(jī)器人的銷量得以高于其他國家，并成為歐洲最大的多用途工業(yè)機(jī)器人市場。

　　德國于2012年推出的「工業(yè)4.0」計(jì)劃，針對工業(yè)機(jī)器人的感知能力、學(xué)習(xí)能力、人機(jī)互動(dòng)能力也提出更高的要求，德國聯(lián)邦教育及研究部同時(shí)也已開始對人機(jī)互動(dòng)技術(shù)和軟件研發(fā)進(jìn)行資助，希望新一代的機(jī)器人不僅能夠接受人類的遠(yuǎn)程管理， 還能夠解決工業(yè)發(fā)展中的高能耗問題，進(jìn)一步幫助制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

　　南韓的起步速度相較于德、日較晚，主要是因應(yīng)南韓在汽車、電子產(chǎn)業(yè)對工業(yè)機(jī)器人的需求，在90年代引進(jìn)日本發(fā)那科（FANUC）相關(guān)設(shè)備，逐步形成南韓的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系，在2001～2011年間， 南韓機(jī)器人裝機(jī)總量年均增速高達(dá)11.7%，主要是以供焊接、密封、搬運(yùn)、打磨等各項(xiàng)與汽車及電子產(chǎn)業(yè)制程有關(guān)的機(jī)器人為主。

　　雖然南韓的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)銷成長相當(dāng)快，但技術(shù)上與德、日仍有一段差距。 南韓產(chǎn)業(yè)資源部于是在2003年發(fā)布了包括智能工業(yè)機(jī)器人在內(nèi)的「十大未來成長動(dòng)力產(chǎn)業(yè)」；更在2008年9月正式實(shí)施「智能機(jī)器人開發(fā)與普及促進(jìn)法，將機(jī)器人產(chǎn)業(yè)提升到國家戰(zhàn)略層面；2009年4月發(fā)布的「 第一次智能機(jī)器人基本計(jì)劃」，更進(jìn)一步設(shè)定南韓要在2018年成為全球機(jī)器人主導(dǎo)國家。

　　日本則是透過產(chǎn)業(yè)重振計(jì)劃，促進(jìn)設(shè)備和研發(fā)投資，發(fā)展「機(jī)器人新戰(zhàn)略」，主要是發(fā)展人機(jī)共存、人機(jī)協(xié)作，發(fā)展感測、控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、云端運(yùn)算、人工智能等機(jī)器人技術(shù)。

　　大陸則因擁有世界工廠的優(yōu)勢，已成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場，包括汽車產(chǎn)業(yè)，電子、食品加工、非金屬加工和日用消費(fèi)品等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，都已開始大量應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。

　　而在研發(fā)生產(chǎn)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(yè)者，都已涉足機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)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(jī)器人產(chǎn)業(yè)群聚。

　　而在政府政策方面，依照大陸有關(guān)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的「十三五」發(fā)展規(guī)劃，自主品牌機(jī)器人國產(chǎn)化率不但要達(dá)50%以上，更希望到2020年，大陸工業(yè)機(jī)器人年銷量可達(dá)到15萬臺，保有量達(dá)到80萬臺；到2025年， 對應(yīng)的數(shù)字要求提升至26萬臺和180萬臺。

　　但大陸雖然身為全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的核心零組件和關(guān)鍵技術(shù)仍受制于新進(jìn)國家，不但大部分需仰賴進(jìn)口，成本更高出許多。 以精密減速器為例，在大陸就已占到生產(chǎn)成本的45%，但在日本卻僅為25%，導(dǎo)致大陸國產(chǎn)機(jī)器人目前仍缺乏競爭力。

　　IEK指出，受惠于控制技術(shù)和防止機(jī)器人間互相干擾的電路設(shè)計(jì)軟件進(jìn)步，生產(chǎn)在線的機(jī)器人配置密度將會愈來愈高。 未來的機(jī)器人發(fā)展趨勢，主要是透過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，讓生產(chǎn)信息數(shù)字化，同時(shí)整理成大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳達(dá)給機(jī)器人，讓機(jī)器人可以扮演更加靈活的生產(chǎn)工具，而且包括機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器視覺等技術(shù)，從2D檢測、定位到3D取放、量測、人機(jī)協(xié)作的相關(guān)應(yīng)用， 都將會成為機(jī)器人未來發(fā)展的關(guān)鍵。

　　隨著機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)、整合一體化關(guān)節(jié)、自組裝與自修復(fù)等技術(shù)的改善，機(jī)器人的易用性與穩(wěn)定性不斷被提高，應(yīng)用產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域也從汽車、電子產(chǎn)業(yè)，迅速延展至食品、醫(yī)療、化工等更廣泛的制造領(lǐng)域。

　　機(jī)器人本體也將會朝體積小及模塊化的方向發(fā)展，如機(jī)器人關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)和檢測系統(tǒng)，能做到三位一體化，希望能解決產(chǎn)品品項(xiàng)、規(guī)格過于復(fù)雜的問題，進(jìn)一步縮短設(shè)計(jì)制造周期并降低生產(chǎn)成本。

　　工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)能力要求，將會愈來愈精細(xì)，如位于宜蘭的超品面包店，就利用機(jī)器手臂夾取移動(dòng)冰糕，不但更快速，還能減少人手交叉污染，有效提高食品衛(wèi)生安全，增加產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

　　未來的工業(yè)機(jī)器人需對人類行為進(jìn)行學(xué)習(xí)，解決大量手工生產(chǎn)制程的自動(dòng)化問題，同時(shí)不斷拓展工業(yè)機(jī)器人的新功能突破復(fù)雜工作的技術(shù)瓶頸。

　　工業(yè)機(jī)器人與人協(xié)作的能力也將會不斷提高，如采用聲納、攝影機(jī)或者其他技術(shù)，感知工作環(huán)境是否有人，如有碰撞可能，機(jī)器人就會減慢速度或者停止運(yùn)作。

　　為了迎合制造制造趨勢，工業(yè)機(jī)器人顯然必須也要朝智能化發(fā)展，如何與其他智能設(shè)備連接共享訊息，而不只是強(qiáng)調(diào)高效、精確、可靠等傳統(tǒng)價(jià)值，如何讓工業(yè)機(jī)器人具有靈活性和敏捷性，并能在少量多樣的生產(chǎn)趨勢中，保持高產(chǎn)能和高質(zhì)量， 勢必將會是工業(yè)機(jī)器人未來的主要挑戰(zhàn)。