協作機器人負載能力超過20公斤門檻　擴展人機協作應用場景

DIGITIMES Research觀察，近年全球協作機器人市場正處於高速成長期，協作機器人業者積極朝負載能力20公斤以上邁進並推出焊接功能，預期將增加人機協作(Human-Robot Collaboration)應用場景，進而取代部分傳統工業機器人。協作機器人負載能力越高，應用場景就越廣，另一方面，業者需在安全功能完備的情形下，權衡速度、定位精度及機體重量，協作機器人產品各有特色。

相較於需和人員隔離的傳統工業機器人，協作機器人具備安全、容易操作等特性，能與人員處於同一空間並協同工作，可應用於多元應用場景。當全球面臨勞力短缺、電子及汽車製造業需求旺盛情勢，且其他產業對導入機器人漸持開放態度，同時協作機器人能力不斷優化，預期全球協作機器人出貨量將持續增長。DIGITIMES Research估計2023年全球協作機器人市場規模約為18.4億美元，預期2028年將達37.8億美元，年複合成長率(CAGR)為15.5%。

近年協作機器人業者漸朝向開發負載20公斤以上機種，期增加應用場景，惟在最高末端工具速度、重複定位精度及機體重量等規格有所權衡取捨。此外，除最簡單的搬運及組裝功能，協作機器人業者亦積極推出具備焊接功能的機種。

DIGITIMES Research認為，協作機器人經由提升負載重量及拓展工業功能，加上人機協作、安全、易操作等優勢，能在製造場域搶佔部分傳統工業機器人市場，並可望擴展服務領域應用場景。

協作機器人相較傳統工業機器人更為安全及容易操作

當前工業機器人主要應用產業為電子業與汽車製造業，兩者約佔整體工業機器人出貨量的一半。而工業機器人可依在操作時能否親近作業人員，進一步區分為傳統工業機器人和協作機器人。

傳統工業機器人負載能力最高達2噸，可快速執行重複動作，完成焊接、噴漆、雷射切割、拋光等任務，惟基於安全考量，傳統工業機器人需以圍籬隔開，以免快速加工過程危害到作業人員。此外，由於機器人與作業人員分隔，兩者之間需加裝傳輸帶，以便將零組件於人機之間傳遞，且對廠房規畫而言，需佔用不少空間。

相較之下，協作機器人以人機協作為訴求，亦即執行動作時無須圍籬分隔，能和作業人員共處相同工作空間，合作完成產線任務。僅管目前協作機器人的負載能力與操作速度皆不及傳統工作機器人，但在人機協作與節省空間優勢下，逐漸受製造產業青睞。

以電子製造業的雷射標記人機協作工站為例，首先由作業人員將物件放置在固定位置，同一工站的協作機器人將自動夾取物件(上料)並放入雷射標記機，而後將標記好的物件翻面並放置(下料)，再由作業員清潔物件表面並裝箱。整個過程中，由協作機器人負責重複夾取與雷射，作業員則擺放物件並裝箱，兩者能近距離無縫接軌完成工站任務。

協作機器人之所以能近距離與作業人員協同完成任務，在於具備安全模式，以確保作業人員的安全。協作機器人常見的安全模式有三種，包括保護性停止、速率及分隔監控、功率及施力限制。

「保護性停止」為設定協作機器人與作業人員的最短安全距離，當感測到人員貼近並少於安全距離時，協作機器人必須停止運作。「速率及分隔監控」則指當感測到人員靠近時，協作機器人需降低運行速度。「功率及施力限制」則是限制機器人運行時的施力，確保當不小心發生碰撞時，不致人員受傷。在基於停止、降速或施力限制等安全性設計下，協作機器人便能與作業人員近距離合作，完成產線任務。

(請參考報告「工業機器人的人機協作安全標準持續擴展　專注於機器人對操作員物理傷害的避免」)

除了安全性，容易操作並可靈活調整亦是協作機器人的關鍵特色，而傳統工業機器人的操作設定，需透過離線規畫或示教器(teach pendant)，離線規畫是在電腦遠端設計機器人3D動作，再上傳至產線機器人端；示教器則為直接在產線連結機器人，並規劃動作軌跡及點位。離線規畫與示教器皆具備一定設計與操作難度。

相較下，多數協作機器人產品除可透過離線規畫或示教器操作，更增加手動引導功能，可由作業人員「手把手」教導機器人，亦即人員手握機械手臂末端並移動，教導機器人執行動作的點位，如此一來，可大幅降低人員操作機器人的難度，進而更能靈活應付產線任務變化。因此，相較於傳統工業機器人，協作機器人更適於產品少量多樣、需時常調整機器人設定的製造情境。

整體而言，基於安全性設計，協作機器人可與作業人員近距離合力工作，連帶節省產線空間；同時，協作機器人的手動引導操作模式讓調整機器人動作更為容易，以因應產線上的各種變化。在人機協作、安全設計、容易操作等優勢下，協作機器人於工業領域的滲透率逐漸提升。

全球協作機器人市場處於高速成長期

當前整體工業機器人以電子業及汽車製造業為主要應用產業，而近幾年因勞工短缺，特別是2021年疫期復工反彈，製造業遇到缺工、工資上揚問題以致自動化需求大增，整體工業機器人年出貨量因而提升。

此外，電子、汽車製造以外的產業對導入機器人漸持開放態度，以生物製藥產業為例，協作機器人能在研究員旁側協助夾取物料，這樣近距離的輔助工作卻非傳統工業機器人所能從事，導致協作機器人需求大增，近年出貨量年成長高於傳統工業機器人。

僅管協作機器人全球年出貨量僅佔整體工業機器人出貨量1成，然協作機器人增速持續高於傳統工業機器人，如2021年傳統工業機器人出貨量年成長33.3%，協作機器人則年成長61.5%；2022年傳統工業機器人出貨量年成長2.9%，較2021年趨緩，而協作機器人年成長則仍達31.0%。

DIGITIMES Research觀察，協作機器人具有安全防護與容易操作的特性，能和作業人員安全共享工作空間，並可輕易調整運作方式，逐漸滲透進工業場域。

同時，除傳統機器人大廠，新興整機業者亦陸續進入協作機器人市場，將刺激產量增加及價格下降，進而促使更多產業導入協作機器人。近兩年協作機器人的負載能力及工業功能逐漸增加，致應用場景增廣，產業導入協作機器人的意願亦大幅增加。

僅管2023年面臨全球經濟放緩、中國製造業需求低於預期等挑戰，協作機器人出貨量仍正成長，且遠高於傳統工業機器人。DIGITIMES Research估計，2023年全球協作機器人市場規模為18.4億美元，預期2028年將達37.8億美元，CAGR為15.5%。

協作機器人業者拓展負載20公斤以上產品線

DIGITIMES Research觀察，過往多數協作機器人的負載能力為20公斤以下的輕量級，2022~2023年部分業者積極開發20公斤以上負載機種。當協作機器人的負載能力越高，能處理的工件就越重，應用範圍也就越廣，如從小型電子零組件的組裝，進展到車用底盤大型金屬件的搬移等。

■ 四大業者與新興業者拓展協作機器人負載能力

傳統工業機器人的領先業者為ABB、發那科(Fanuc)、安川(Yaskawa)及KUKA，協作機器人則由新興業者Universal Robots (UR)及達明居首。近年工業機器人四大業者亦積極開拓協作機器人產品線，中國協作機器人新創業者遨博則以高性價比優勢進軍國際市場。

工業機器人負載20公斤以下為輕量級，大部分協作機器人負載能力皆屬於輕量級。發那科為最早發表重量級協作機器人的業者，且協作機器人負載能力從最低4公斤到最高35公斤，產品線規格一概俱全，機器人功能除常見的搬運、組裝外，還能執行焊接。

安川協作機器人和發那科類似，擁有30公斤高負載能力，並具備焊接功能，產品線另包含10與20公斤負載機種。UR、達明及遨博的協作機器人產品線更為全面，從負載3、4公斤輕量級到20公斤以上皆有產品，其中，負載最高者為UR，達30公斤。

相對而言，工業機器人四大業者中的ABB及KUKA尚未突破負載20公斤門檻，協作機器人產品線仍處於輕量級，KUKA負載最高機種為15公斤，ABB則僅11公斤。

■ 協作機器人負載能力面臨權衡取捨

增加協作機器人負載能力的挑戰，在於須兼顧安全設計考量。在重力影響下，當協作機器人負載越重，機械手臂就越難感受外力撞擊而停下，且為了控制機械手臂緊急停止時的反作用力對人體不會造成傷害，使得達成協作機器人安全要求的難度會越高。

據此，業者在開發高負載協作機器人時，對於最高末端工具速度及重複定位精度需有一定取捨。此外，如何在功能完備的情形下，降低協作機器人重量，也是業者開發的要點。

所謂「最高末端工具速度」，為協作機器人在沒有人員接近時，非協作模式所能運行的最高速度，速度越快，人員接近時需要的安全防護會越高；重複定位精度決定動作執行的精確度，當負載越重，保持精度的難度會越高；機體重量越輕盈，越方便作業人員搬移機器人，連帶使得重新調整動作更為容易。

DIGITIMES Research觀察，近年協作機器人業者在增強負載能力的同時，於最高末端工具速度、重複定位精度及機體輕盈等三方面，各個協作機器人業者互有權衡取捨，呈現不同產品特色。

■ 協作機器人產品列舉

以發那科為例，發那科2015年發表的協作機器人CR-35iA負載高達35公斤，且重複定位經度達±0.03公釐，惟重量將近1噸，並缺乏手動引導功能，因此，使用者不方便移動且無法靈活調整動作，同時運行速度略慢。

此後，發那科另開發CRX系列協作機器人，僅管負重下降，然速度與重量皆有所改善。發那科於2022年發表CRX-25iA及CRX-20iA/ L，負載分別為25及20公斤。CRX-25iA在第5軸傾斜角度、物件重心的限制條件下，負載能達到30公斤，且最高速度達每秒2,000公釐，重量下降至135公斤，而CRX-20iA/L重量更下降至41公斤。

UR則於2022年推出負載20公斤協作機器人UR20、2023年推出負載30公斤協作機器人UR30，其中UR20與發那科同負載機器人CRX-20iA/L相比，最高速度為發那科的兩倍，達每秒2,000公釐，且機體輕盈，重量僅有64公斤。

達明則於2023年推出負載20、25公斤的兩款機器人。達明25公斤負載機器人TM25S-X最高速度可達每秒5,200公釐，為負載20公斤以上協作機器人中速度最快者，和同負載條件的發那科機器人相比，TM25S-X臂長、重複精度相當，但TM25S-X機體重量則僅為發那科機器人3分之2。

■ 業者拓展協作機器人功能面向

除負載能力往20公斤以上發展，協作機器人業者也不斷升級機器人功能面向，開發搬運、組裝以外的用途，以擴大協作機器人的適用情境。

協作機器人業者中功能最豐富者為UR，其協作機器人具有搬運、組裝、焊接、噴塗、拋光、射出成型等功能。此外，達明、發那科及安川近年也推出具備焊接功能的協作機器人。

焊接為傳統工業機器人除夾取及組裝(佔60%左右)外應用最多的功能，佔工業機器人全球出貨量中15%左右，因此，具備焊接、夾取及組裝功能的協作機器人，即能應付大多數工業領域的需求，預期協作機器人能在一定程度取代傳統工業機器人。

結語

DIGITIMES Research觀察，協作機器人業者往負載20公斤以上升級，可應用場景大為增加。增強協作機器人負載能力的同時，在最高末端工具速度、重複定位精度及機體輕盈等三方面，業者各有取捨，以在保持安全模式的前提下，提高協作機器人的工作效率。

傳統工業機器人為全球機器人的出貨主力，在負載能力、工業功能、價格等層面佔有優勢，適合需要高速、高負載、重複性動作、大規模生產的製造場域，然機器人無法近距離輔助使用者，使用情景存在一定限制。

相對而言，協作機器人能達到人機協作的互動模式，能和人員處在同樣的工作空間一起合作完成任務，其中，較為重複、簡單的工作將由協作機器人處理，較為精細、複雜的部分則由人員處理，可大幅降低人力的負擔。同時，協作機器人易於調整操作，可因應不同產線變化。

因此，在需要和人共同協作的工作環境，以及在需要不斷調整動作、少量多樣的產線情境，協作機器人佔有極大優勢，隨著協作機器人負載能力及工業功能的提升、價格的調降，預期可在一定程度取代工業領域中的傳統工業機器人，未來更有望朝服務領域拓展應用場景。