根据国际机器人联盟（IFR）最新统计全球工业机器人市场需求在2014年开始倍增，於2016年将达到29万部；并预估全球工业型机器人2017~2019年将以平均成长率每年13%以上快速成长，销售台数约140万部，而目前导入工业型机器人的前3大产业依序为：汽车、电机/电子、机械金属。

服务型机器人则以专业应用（Professional usage robots）居多，需求量在2015年成长25%，约达到4万1,060台；又以制造、批发零售业用的物流机器人（logistic systems）与无人搬运车（AGV）成长50%，占比达到62%最大，其次是国防、农牧等产业。

而回顾工研院在工业、服务型机器人领域发展，2005~2010年主要聚焦於服务型机种；到了2010年全力开发各款工业多关节型机器人，并从2015年开始针对CPS虚实整合应用等需求开发软体，在2017年陆续推出轻量化、模组化机器人及关键零组件。

产研合造开发平台 横跨工业及服务型领域

尤其到了近年来，随着人类与机器人协作已成为制造业投入工业4.0时代後的重要趋势，如何将协作型机器人（cobots）做得更精巧又简易操作，俨然已形成机器人及零组件制造厂商的共同挑战，工研院也在今（2017）年台湾机器人与智慧自动化展期间，率先发表与和跣科技共同开发出的驱控整合关节模组及应用技术。

工研院机械与系统研究所所长胡竹生也在成果发表会上致词时表示，因应未来智慧机器人应用越来越丰富多元，个别制造厂商必须先行合力打造开发平台，始能与国际大厂竞逐未来机器人产业的美好愿景。工研院於今年台北国际自动化大展期间举办技术发表会，则希??能藉此引进业者合作，共同打造跨足多个应用领域平台。

投入智慧机器人模组化 整合零组件为成败关键

图1 : 目前工研院所架构智慧机器人的技术平台（OISP），由零组件扮演成败关键，并依序衍生出3大应用主轴，建立不同核心技术模组。（资料来源:工研院）

工研院机械与系统研究所组长游鸿修进一步分析，目前工研院所架构智慧机器人的技术平台（OISP），已由零组件扮演成败关键，并依序衍生出3大应用主轴：

1. 次世代人机协同的工业机器人，系自2015年推出安全协作型机器人之後，在2017年再推出模组化机种，以符合轻量、灵活等应用需求；AGV也逐步从有轨演进为无轨式设计，并尝试解决从AC转换为DC电源的问题，两者还能再组合成Mobile Robot自主移动型机器人。

2. 虚实整合机器人智动化单元，分为物流机器人管理系统、CPS研抛机器人加工单元，系透过虚实整合机器人周边软硬体应用及手眼力协调功能，以解决不同产业问题。

3. 创新应用服务型机器人，则有外骨骼机器人、Qubi机器人等，主要用於生活辅助。

进而建立不同核心技术模组（TBB, technology building Block），包含：挠曲触觉、2D/3D视觉感测与磁感定位模组，以及MIO控制器、AGV核心导引模组等，目前共组成5型11款工业机器人、6款AGV机器人，还可搭配EzSim研磨抛光和Assas Sim产线自动化模拟器。

整合驱控模组 提升马达减速机竞争力

值得一提的是，拜现今Universal Robots带动分散式控制兴起、工业通讯网路技术越来越发达之赐，已形成协作型多关节机器人基础。如工研院今年在会场展示的最新6合1驱控整合伺服系统模组，便强调经过高度机电整合完成後，有别於传统机器人的伺服系统。不必自行选用单一控制器、伺服马达及编码器、驱动器、减速机等零组件，再通过电控箱内部总线整合一堆缆线，才能连接控制与驱动电路的硬体I/O模组运作。反之，藉由同时设计控制、驱动电路与程式，将运动控制器、驱动器的CPU模组整合成为一体化的运动控制器後，外观大小相当於一个马克杯大小的「All-in-one Motor」。

图2 : 最新研发整合马达、减速机、驱动电路的驱控整合关节模组，可大幅缩小机器手臂单元的空间。（图片来源：工研院）

其中包含：6轴整合AC伺服驱动器，最大功率为300W/1.2kW、位置控制解析度>17bit，且具备向量控制功能，可串连数组多轴伺服驱动模组，节省单轴驱动器复杂度；进而驱动采用DC.48V供电的永磁式无刷马达，额定转速3000r.p.m、功率100W/400W，可支援增量式光学/绝对式磁性编码器介面及串列规格；还可依输出扭力需求，以内藏式传动模组搭配减速比约为1：100适合的减速机。

自主开发的RV减速机则突破欧日专利布局，达到背隙1arc-min、精度60arc-sec等级，与国外品牌相同精度定位和轻量化水准，介面还相容於日本Nabtesco产品。其专利设计包括将原来与输出前盖整合为一体的间隔柱，改为分离的传动柱与衬套，以协助分摊输出扭力，减少曲柄及其轴承负载，延长产品寿命；并将原斜角滚珠轴承改为滚子交错轴承，使之更容易制造，也提高力矩刚性（Moment rigidity），相较於E型RV减重20%，还比HD减速机的刚性增加1.5倍，主要可用於工业机器人、焊接变位机、旋转台、风力发电机等。

至於符合轻量化、体积更小需求的HD减速机，则达到减速比50~160、额定扭力4Nm~140Nm、传动误差<1.5arc-min规格。且因为采用高??合率齿型设计（??合齿数达30%），透过1~2级摆线齿轮与不同齿形设计，得以减少曲柄、轴承负载；同时考量扭矩负载与径向弯矩作用，可符合实际场域负载情况，达到7,000~15,000hrs耐久寿命要求；并提高扭矩，减少体积和重量，更有利於生产制造的专利布局。目前主要应用於工业/服务型多轴机器人、外骨骼机器人、半导体设备等。

加上经过频宽100MHz/1kHz的开放式全数位工业通讯网路EtherCAT介面控制，内建全数位网路伺服控制模组，支援位置/速度/转矩控制模式，可达1ms网路通讯周期，便於匹配各式PLC、工业电脑的工业控制系统。由於全数位控制技术具有多组联结特性，既节省单轴驱动器复杂度；工厂自动化也可透过网路传输，将驱动模组相关资讯传送到远端，实现远端监控功能。现在包含工业机器人、线切割机、点胶机等，皆可利用控制器整合机能，导入点对点规划路径，以提供Total solution应用机能。

此外，因为马达采取中空轴设计，可有效规划配线走向，提高空间利用率；再经过精简化的模组，只须4条缆线，即可输出/入电源及通讯，使之整合及拆装更方便。「让使用者不必再像过去，须要配备一个大型电控箱随工业机器人移动。」游鸿修说，现在使用者只要加上一颗约便当盒大小的控制器，就能轻松置入手提式电控箱，直接操控一台与人协同作业的轻量化6轴机器人，可说是「小空间大魔术」的具体展现。

利用模组化结构 有效改善整机与自动化配置

受惠於模组化构造而减少连接线、成本及控制箱体积，也使配线更精简且容易维护，得以兼顾高度整合与轻量化特性，满足各式大小及不同特性机种，皆可进行弹性客制化及自我诊断，而提高竞争力。工研院便藉此成功简化了机器人设计，可依客户构型要求，快速组装完成机器人，以满足产业多元应用场合。

同时适合做为机器人与移动平台应用，在产业容易整合机器人运动及应用控制器，目前除了投入工业生产外，还能用於机器人的技术验证、教育训练、DIY市场，以及特定应用领域的机器人和分散式控制系统等用途，未来还可用於轻量化机器人、辅具与AGV。

图3 : 工研院6轴协作型、3-4轴SCARA两款机器人依照不同构型展示其荷重能力及SCARA快速优势。（摄影：陈念舜）

机械与系统研究所??组长黄苏认为，未来驱控整合模组的价值不仅在工业机器人，还包含服务型机器人需求的轻量小型化及强力、省电需求，可组成双臂或自主型机器人，关连到服务型机器人普及的成败；将之缩减为马克杯大小後，还能促进厂商为其搭建平台，创造各式机种。今年工研院也在会场发表6轴协作型、3-4轴SCARA两款机器人，各依不同构型来展示其荷重能力及SCARA快速优势。如L型关节模组，系将壳体直接作为手臂结构，容易组装；I型可依双边支撑方式来设计手臂，具备对称性且刚性更隹，使之抗弯矩能力大幅提升。

商机伴随挑战 打造多元加值平台

但他也坦言，驱控整合模组面临的挑战与机会并存，还包括将控制与驱动电路整合後，容易产生电磁干扰，造成讯号失真与传输电压不稳；且控制器与驱动器的整体设计难度增加、体积变小导致电路散热不易，难找到同时拥有驱动与控制技术的人才。

针对未来情境与产业效益，可透过开发多重感测与驱控技术，突破关键零组件仰赖进囗的问题，提升台湾零组件的产业价值。经过建立智慧驱动整合模组技术，将更容易与机器人运动与应用控制器（PC-based/controller-based）整合，拓展应用到工业机器人、辅具、无人搬运车、小型伺服平台等。未来工研院还会设计多种动力规格，并建立标准规格的驱控模组，使台湾厂商能采用自主供应零组件来开发多样化产品。