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掌握机器人「心脏」 利茗机械国产减速机出头天

掌握机器人「心脏」 利茗机械国产减速机出头天

在工业4.0的浪潮中,机器人被视为最关键的自动化设备,但其关键零组件之一的减速机,过去因掌握在欧、日少数厂商手中,导致机器人成本居高不下,也成为机器人普及的最大障碍。所幸近年台厂努力耕耘,包括传动元件大厂上银与利茗机械,都在精密谐波减速机市场中拥有自制能量,藉由掌握关键技术,台湾或在未来机器人与自动化设备商机中,在全球供应链取得一席之地,也推动台湾智能制造更加往前迈进。

工业机器人有三大关键零组件,分别是伺服马达、控制器与减速机。从字面上来看,减速机顾名思义是把工业机器人伺服马达输出的高转速降低,不过更详细的说,除了改变马达转速,减速机也会改变伺服马达的出力、运动方向、可控精度等。减速机对于工业机器人的效能影响甚大,特别是它能放大扭矩,让机器手臂在空间大小有限的情况下,将马达出力的扭矩增倍。

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在利茗机械大厅负责「接待」的自制机器手臂。符世旻

利茗机械是国内少数能自制量产减速机的厂商。符世旻

因为机器手臂的蓬勃发展,让这项关键零组件,变得格外重要,更在机器人产业链中,扮演非常关键的角色。上银集团总裁卓永财就曾指出,减速机是发展智能制造的必备品,可说是机器人的心脏。而除了影响机器人的效能,减速机之所以如此重要的原因,还包括成本。

拆开工业机器人的成本结构来看,减速机约占35%,应用最广的多关节机器人,每个关节都需要减速机。但目前全球75%的精密减速机都掌握在日本两家大厂手中,当这项技术受制于他人,除了造成机器手臂价格居高不下难以普及,长期也会阻碍掌握机器人或自动化设备商机的竞争力。

开发机器手臂 是利茗无心之举

在利茗机械的大厅里摆放着一只机器手臂,拿杯子、递咖啡,动作一气喝成,但其实这只机器手臂是利茗自己做的,不过令人好奇的是,利茗的本业是减速机制造商,怎麽会生产机器手臂?林育兴解释,其实利茗无意跨入机器手臂市场,不与客户竞争,但做出机器手臂「纯属意外」。

原来当初是想向客户验证自家减速机产品,利茗乾脆自己设计、组装,用机器手臂当作Demo,但意外发现颇堪用,就连利茗也把原先工厂中使用的日牌机器手臂,换成自家人。林育兴透露,整个机器手臂的成本甚至因此减少一半。

现在利茗不只做机器手臂的关键零组件,还顺便将其做成套件,提供给客户或欲跨入机器手臂市场的开发者使用,客户可以参考利茗的方案,或买回去自己重新设计,就像乐高积木一样,自由发挥。而若想掌握未来机器人或自动化设备商机,技术自主及国产化便能凸显出重要性。

事实上,利茗机械投入减速机制造超过50年,从过去专注于传统刚性减速机,近5年则是投入高附加价值的精密谐波减速机和RV减速机。像是机器手臂最常见的谐波减速机,是一种靠波产生器,使柔性齿轮产生可控弹性变形,并与刚性齿轮相啮合来传递力量的减速结构。

国内不只利茗机械,包括传动元件大厂上银、由盟立、和大与工研院等多家公司共同投资成立的盟英科技都在默默耕耘。长期来看市场对机器手臂的需求有增无减,而这几年国产势头也开始出头天。例如利茗已成功打进全球机器手臂大厂供应链、上银也将自制减速机用于自家工业机器人,甚至藉由其在关键零组件的专长与机电整合,为台湾开发出首支MIT的微创手术机器人。

减速机被日厂把持 台厂努力拼出头天

林育兴直言,精密减速机是近十年因机器人受到重视后,需求量才开始往上冲,吸引越来越多人投入市场。也因为如此,台厂在谐波减速机市场的布局,不论是技术、品质或是生产供货能力,都远不及五十多年前就投入发展的日本厂商。早期因专利问题,日厂掌握精密减速机市场半边天,全球精密减速机几乎都掌握在2家日本厂商纳博特斯克(Nabtesco)及哈默纳科(Harmonic Drive)手中,即便是全球四大机器人家族也要仰赖外购。

虽然后期专利到期,各国看准工业机器人热潮而投入研发,但这条路却不是这麽好走。主因精密减速机是一个高技术门槛、高资本、慢回收的产业,一个减速机里面完全是由高精度的元件、齿轮相互啮合,对材料科学、精密加工装备、加工精度、组装技术、高精度检测技术等都有相当高的要求。虽然利茗投入精密减速机的时间并不长,但因过去深耕减速机半世纪,透过不断累积的生产研发实力,在精密减速机市场,才得以慢慢开花,成为国内少数有能力量产的制造厂。

林育兴认为,接下来国内大陆厂商的崛起,会是未来台湾很大的竞争者。不过林育兴认为,在资源有限之下,不和大国或大厂争抢红海市场,台湾减速机产业朝向定制化发展,应有相当大的机会。他指出,台湾在全球齿轮代工的实力相当好,重要的是性价比非常高,很多大厂因为量不够大,不愿意做非标准品的减速机,而没人愿意做的市场,反而是机会。

举例来说,有些特殊需求的机器手臂如清下水道机器人、抛光机器人或晶圆搬运机器人,不求花俏、灵活的动作,只要稳定、快速,因此会尽量减少关节数以降低成本。由于标规品不符使用,透过技术自主,利茗就可以根据客户需求,配合电机与机构大小定制化关节模块,在客户对体积、成本的特殊要求下,开发定制化机种,这对不论是客户或利茗来说,亦能在全球智能制造市场中发挥关键竞争力。包括全球知名E-Bike到苹果供应链的设备,里头所采用的减速机,就是利茗定制化机种,而目前定制化也已占利茗业务达40%。

疫情之下,各行各业难免遭受冲击,但制造业却开出红盘,也带动机器人、自动化设备需求看涨。林育兴指出,疫情创造许多商机,包括口罩机、自动核酸检测机,以及爆量的网购需求,导致自动无人搬运车需求增温等,让身处上游零组件供应的利茗订单满手。

而这或许只是开端,他也看好,未来机器人或自动化设备商机有增无减,特别是无人搬运车成为继机器人之后的另一个显学,利茗获全球多家AGV大厂订单,甚至已超过工业机器人,林育兴直言:「至少未来十年,这个趋势不会改变。」

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