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20211111_DForum微控制器論壇

掌握機器人「心臟」 利茗機械國產減速機出頭天

利茗機械總經理林育興。符世旻攝

在工業4.0的浪潮中,機器人被視為最關鍵的自動化設備,但其關鍵零組件之一的減速機,過去因掌握在歐、日少數廠商手中,導致機器人成本居高不下,也成為機器人普及的最大障礙。所幸近年台廠努力耕耘,包括傳動元件大廠上銀與利茗機械,都在精密諧波減速機市場中擁有自製能量,藉由掌握關鍵技術,台灣或在未來機器人與自動化設備商機中,在全球供應鏈取得一席之地,也推動台灣智慧製造更加往前邁進。

工業機器人有三大關鍵零組件,分別是伺服馬達、控制器與減速機。從字面上來看,減速機顧名思義是把工業機器人伺服馬達輸出的高轉速降低,不過更詳細的說,除了改變馬達轉速,減速機也會改變伺服馬達的出力、運動方向、可控精度等。減速機對於工業機器人的效能影響甚大,特別是它能放大扭矩,讓機器手臂在空間大小有限的情況下,將馬達出力的扭矩增倍。

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在利茗機械大廳負責「接待」的自製機器手臂。符世旻攝

利茗機械是國內少數能自製量產減速機的廠商。符世旻攝

因為機器手臂的蓬勃發展,讓這項關鍵零組件,變得格外重要,更在機器人產業鏈中,扮演非常關鍵的角色。上銀集團總裁卓永財就曾指出,減速機是發展智慧製造的必備品,可說是機器人的心臟。而除了影響機器人的效能,減速機之所以如此重要的原因,還包括成本。

拆開工業機器人的成本結構來看,減速機約佔35%,應用最廣的多關節機器人,每個關節都需要減速機。但目前全球75%的精密減速機都掌握在日本兩家大廠手中,當這項技術受制於他人,除了造成機器手臂價格居高不下難以普及,長期也會阻礙掌握機器人或自動化設備商機的競爭力。

開發機器手臂 是利茗無心之舉

在利茗機械的大廳裡擺放著一隻機器手臂,拿杯子、遞咖啡,動作一氣喝成,但其實這隻機器手臂是利茗自己做的,不過令人好奇的是,利茗的本業是減速機製造商,怎麼會生產機器手臂?林育興解釋,其實利茗無意跨入機器手臂市場,不與客戶競爭,但做出機器手臂「純屬意外」。

原來當初是想向客戶驗證自家減速機產品,利茗乾脆自己設計、組裝,用機器手臂當作Demo,但意外發現頗堪用,就連利茗也把原先工廠中使用的日牌機器手臂,換成自家人。林育興透露,整個機器手臂的成本甚至因此減少一半。

現在利茗不只做機器手臂的關鍵零組件,還順便將其做成套件,提供給客戶或欲跨入機器手臂市場的開發者使用,客戶可以參考利茗的方案,或買回去自己重新設計,就像樂高積木一樣,自由發揮。而若想掌握未來機器人或自動化設備商機,技術自主及國產化便能凸顯出重要性。

事實上,利茗機械投入減速機製造超過50年,從過去專注於傳統剛性減速機,近5年則是投入高附加價值的精密諧波減速機和RV減速機。像是機器手臂最常見的諧波減速機,是一種靠波產生器,使柔性齒輪產生可控彈性變形,並與剛性齒輪相齧合來傳遞力量的減速結構。

國內不只利茗機械,包括傳動元件大廠上銀、由盟立、和大與工研院等多家公司共同投資成立的盟英科技都在默默耕耘。長期來看市場對機器手臂的需求有增無減,而這幾年國產勢頭也開始出頭天。例如利茗已成功打進全球機器手臂大廠供應鏈、上銀也將自製減速機用於自家工業機器人,甚至藉由其在關鍵零組件的專長與機電整合,為台灣開發出首支MIT的微創手術機器人。

減速機被日廠把持 台廠努力拚出頭天

林育興直言,精密減速機是近十年因機器人受到重視後,需求量才開始往上衝,吸引越來越多人投入市場。也因為如此,台廠在諧波減速機市場的布局,不論是技術、品質或是生產供貨能力,都遠不及五十多年前就投入發展的日本廠商。早期因專利問題,日廠掌握精密減速機市場半邊天,全球精密減速機幾乎都掌握在2家日本廠商納博特斯克(Nabtesco)及哈默納科(Harmonic Drive)手中,即便是全球四大機器人家族也要仰賴外購。

雖然後期專利到期,各國看準工業機器人熱潮而投入研發,但這條路卻不是這麼好走。主因精密減速機是一個高技術門檻、高資本、慢回收的產業,一個減速機裡面完全是由高精度的元件、齒輪相互嚙合,對材料科學、精密加工裝備、加工精度、組裝技術、高精度檢測技術等都有相當高的要求。雖然利茗投入精密減速機的時間並不長,但因過去深耕減速機半世紀,透過不斷累積的生產研發實力,在精密減速機市場,才得以慢慢開花,成為國內少數有能力量產的製造廠。

林育興認為,接下來中國大陸廠商的崛起,會是未來台灣很大的競爭者。不過林育興認為,在資源有限之下,不和大國或大廠爭搶紅海市場,台灣減速機產業朝向客製化發展,應有相當大的機會。他指出,台灣在全球齒輪代工的實力相當好,重要的是性價比非常高,很多大廠因為量不夠大,不願意做非標準品的減速機,而沒人願意做的市場,反而是機會。

舉例來說,有些特殊需求的機器手臂如清下水道機器人、拋光機器人或晶圓搬運機器人,不求花俏、靈活的動作,只要穩定、快速,因此會儘量減少關節數以降低成本。由於標規品不符使用,透過技術自主,利茗就可以根據客戶需求,配合電機與機構大小客製化關節模組,在客戶對體積、成本的特殊要求下,開發客製化機種,這對不論是客戶或利茗來說,亦能在全球智慧製造市場中發揮關鍵競爭力。包括全球知名E-Bike到蘋果供應鏈的設備,裡頭所採用的減速機,就是利茗客製化機種,而目前客製化也已佔利茗業務達40%。

疫情之下,各行各業難免遭受衝擊,但製造業卻開出紅盤,也帶動機器人、自動化設備需求看漲。林育興指出,疫情創造許多商機,包括口罩機、自動核酸檢測機,以及爆量的網購需求,導致自動無人搬運車需求增溫等,讓身處上游零組件供應的利茗訂單滿手。

而這或許只是開端,他也看好,未來機器人或自動化設備商機有增無減,特別是無人搬運車成為繼機器人之後的另一個顯學,利茗獲全球多家AGV大廠訂單,甚至已超過工業機器人,林育興直言:「至少未來十年,這個趨勢不會改變。」

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