协作机器人负载能力超过20公斤门槛　扩展人机协作应用场景

DIGITIMES Research观察，近年全球协作机器人市场正处于高速成长期，协作机器人业者积极朝负载能力20公斤以上迈进并推出焊接功能，预期将增加人机协作(Human-Robot Collaboration)应用场景，进而取代部分传统工业机器人。协作机器人负载能力越高，应用场景就越广，另一方面，业者需在安全功能完备的情形下，权衡速度、定位精度及机体重量，协作机器人产品各有特色。

相较于需和人员隔离的传统工业机器人，协作机器人具备安全、容易操作等特性，能与人员处于同一空间并协同工作，可应用于多元应用场景。当全球面临劳力短缺、电子及汽车制造业需求旺盛情势，且其他产业对导入机器人渐持开放态度，同时协作机器人能力不断优化，预期全球协作机器人出货量将持续增长。DIGITIMES Research估计2023年全球协作机器人市场规模约为18.4亿美元，预期2028年将达37.8亿美元，年复合成长率(CAGR)为15.5%。

近年协作机器人业者渐朝向开发负载20公斤以上机种，期增加应用场景，惟在最高末端工具速度、重复定位精度及机体重量等规格有所权衡取舍。此外，除最简单的搬运及组装功能，协作机器人业者亦积极推出具备焊接功能的机种。

DIGITIMES Research认为，协作机器人经由提升负载重量及拓展工业功能，加上人机协作、安全、易操作等优势，能在制造场域抢占部分传统工业机器人市场，并可望扩展服务领域应用场景。

协作机器人相较传统工业机器人更为安全及容易操作

当前工业机器人主要应用产业为电子业与汽车制造业，两者约占整体工业机器人出货量的一半。而工业机器人可依在操作时能否亲近作业人员，进一步区分为传统工业机器人和协作机器人。

传统工业机器人负载能力最高达2吨，可快速执行重复动作，完成焊接、喷漆、雷射切割、抛光等任务，惟基于安全考量，传统工业机器人需以围篱隔开，以免快速加工过程危害到作业人员。此外，由于机器人与作业人员分隔，两者之间需加装传输带，以便将零组件于人机之间传递，且对厂房規劃而言，需占用不少空间。

相较之下，协作机器人以人机协作为诉求，亦即执移動作时无须围篱分隔，能和作业人员共处相同工作空间，合作完成产线任务。仅管目前协作机器人的负载能力与操作速度皆不及传统工作机器人，但在人机协作与节省空间优势下，逐渐受制造产业青睐。

以电子制造业的雷射标记人机协作工站为例，首先由作业人员将物件放置在固定位置，同一工站的协作机器人将自动夹取物件(上料)并放入雷射标记机，而后将标记好的物件翻面并放置(下料)，再由作业员清洁物件表面并装箱。整个过程中，由协作机器人负责重复夹取与雷射，作业员则摆放物件并装箱，两者能近距离无缝接轨完成工站任务。

协作机器人之所以能近距离与作业人员协同完成任务，在于具备安全模式，以确保作业人员的安全。协作机器人常见的安全模式有三种，包括保护性停止、速率及分隔监控、功率及施力限制。

「保护性停止」为设定协作机器人与作业人员的最短安全距离，当傳感到人员贴近并少于安全距离时，协作机器人必须停止运作。「速率及分隔监控」则指当傳感到人员靠近时，协作机器人需降低运行速度。「功率及施力限制」则是限制机器人运行时的施力，确保当不小心发生碰撞时，不致人员受伤。在基于停止、降速或施力限制等安全性设计下，协作机器人便能与作业人员近距离合作，完成产线任务。

(请参考报告「工业机器人的人机协作安全标准持续扩展　专注于机器人对操作员物理伤害的避免」)

除了安全性，容易操作并可灵活调整亦是协作机器人的关键特色，而传统工业机器人的操作设定，需透过离线規劃或示教器(teach pendant)，离线規劃是在电脑線上设计机器人3D动作，再上传至产线机器人端；示教器则为直接在产线连结机器人，并规划动作轨迹及点位。离线規劃与示教器皆具备一定设计与操作难度。

相较下，多数协作机器人产品除可透过离线規劃或示教器操作，更增加手动引导功能，可由作业人员「手把手」教导机器人，亦即人员手握机械手臂末端并移动，教导机器人执移動作的点位，如此一来，可大幅降低人员操作机器人的难度，进而更能灵活应付产线任务变化。因此，相较于传统工业机器人，协作机器人更适于产品少量多样、需时常调整机器人设定的制造情境。

整体而言，基于安全性设计，协作机器人可与作业人员近距离合力工作，连带节省产线空间；同时，协作机器人的手动引导操作模式让调整机器人动作更为容易，以因应产在線的各种变化。在人机协作、安全设计、容易操作等优势下，协作机器人于工业领域的渗透率逐渐提升。

全球协作机器人市场处于高速成长期

当前整体工业机器人以电子业及汽车制造业为主要应用产业，而近几年因劳工短缺，特别是2021年疫期复工反弹，制造业遇到缺工、工资上扬问题以致自动化需求大增，整体工业机器人年出货量因而提升。

此外，电子、汽车制造以外的产业对导入机器人渐持开放态度，以生物制药产业为例，协作机器人能在研究员旁侧协助夹取物料，这样近距离的辅助工作却非传统工业机器人所能从事，导致协作机器人需求大增，近年出货量年成长高于传统工业机器人。

仅管协作机器人全球年出货量仅占整体工业机器人出货量1成，然协作机器人增速持续高于传统工业机器人，如2021年传统工业机器人出货量年成长33.3%，协作机器人则年成长61.5%；2022年传统工业机器人出货量年成长2.9%，较2021年趋缓，而协作机器人年成长则仍达31.0%。

DIGITIMES Research观察，协作机器人具有安全防护与容易操作的特性，能和作业人员安全共享工作空间，并可轻易调整运作方式，逐渐渗透进工业场域。

同时，除传统机器人大厂，新兴整机业者亦陆续进入协作机器人市场，将刺激产量增加及价格下降，进而促使更多产业导入协作机器人。近两年协作机器人的负载能力及工业功能逐渐增加，致应用场景增广，产业导入协作机器人的意愿亦大幅增加。

仅管2023年面临全球经济放缓、中国制造业需求低于预期等挑战，协作机器人出货量仍正成长，且远高于传统工业机器人。DIGITIMES Research估计，2023年全球协作机器人市场规模为18.4亿美元，预期2028年将达37.8亿美元，CAGR为15.5%。

协作机器人业者拓展负载20公斤以上产品线

DIGITIMES Research观察，过往多数协作机器人的负载能力为20公斤以下的轻量级，2022~2023年部分业者积极开发20公斤以上负载机种。当协作机器人的负载能力越高，能处理的工件就越重，应用范围也就越广，如从小型电子零组件的组装，进展到车用底盘大型金属件的搬移等。

■ 四大业者与新兴业者拓展协作机器人负载能力

传统工业机器人的领先业者为ABB、发那科(Fanuc)、安川(Yaskawa)及KUKA，协作机器人则由新兴业者Universal Robots (UR)及达明居首。近年工业机器人四大业者亦积极开拓协作机器人产品线，中国协作机器人新创业者遨博则以高性价比优势进军国际市场。

工业机器人负载20公斤以下为轻量级，大部分协作机器人负载能力皆属于轻量级。发那科为最早发表重量级协作机器人的业者，且协作机器人负载能力从最低4公斤到最高35公斤，产品线规格一概俱全，机器人功能除常见的搬运、组装外，还能执行焊接。

安川协作机器人和发那科类似，拥有30公斤高负载能力，并具备焊接功能，产品线另包含10与20公斤负载机种。UR、达明及遨博的协作机器人产品线更为全面，从负载3、4公斤轻量级到20公斤以上皆有产品，其中，负载最高者为UR，达30公斤。

相对而言，工业机器人四大业者中的ABB及KUKA尚未突破负载20公斤门槛，协作机器人产品线仍处于轻量级，KUKA负载最高机种为15公斤，ABB则仅11公斤。

■ 协作机器人负载能力面临权衡取舍

增加协作机器人负载能力的挑战，在于须兼顾安全设计考量。在重力影响下，当协作机器人负载越重，机械手臂就越难感受外力撞击而停下，且为了控制机械手臂紧急停止时的反作用力对人体不会造成伤害，使得达成协作机器人安全要求的难度会越高。

据此，业者在开发高负载协作机器人时，对于最高末端工具速度及重复定位精度需有一定取舍。此外，如何在功能完备的情形下，降低协作机器人重量，也是业者开发的要点。

所谓「最高末端工具速度」，为协作机器人在没有人员接近时，非协作模式所能运行的最高速度，速度越快，人员接近时需要的安全防护会越高；重复定位精度决定动作执行的精确度，当负载越重，保持精度的难度会越高；机体重量越轻盈，越方便作业人员搬移机器人，连带使得重新调整动作更为容易。

DIGITIMES Research观察，近年协作机器人业者在增强负载能力的同时，于最高末端工具速度、重复定位精度及机体轻盈等三方面，各个协作机器人业者互有权衡取舍，呈现不同产品特色。

■ 协作机器人产品列举

以发那科为例，发那科2015年发表的协作机器人CR-35iA负载高达35公斤，且重复定位经度达±0.03公厘，惟重量将近1吨，并缺乏手动引导功能，因此，使用者不方便移动且无法灵活调整动作，同时运行速度略慢。

此后，发那科另开发CRX系列协作机器人，仅管负重下降，然速度与重量皆有所改善。发那科于2022年发表CRX-25iA及CRX-20iA/ L，负载分别为25及20公斤。CRX-25iA在第5轴倾斜角度、物件重心的限制条件下，负载能达到30公斤，且最高速度达每秒2,000公厘，重量下降至135公斤，而CRX-20iA/L重量更下降至41公斤。

UR则于2022年推出负载20公斤协作机器人UR20、2023年推出负载30公斤协作机器人UR30，其中UR20与发那科同负载机器人CRX-20iA/L相比，最高速度为发那科的两倍，达每秒2,000公厘，且机体轻盈，重量仅有64公斤。

达明则于2023年推出负载20、25公斤的两款机器人。达明25公斤负载机器人TM25S-X最高速度可达每秒5,200公厘，为负载20公斤以上协作机器人中速度最快者，和同负载条件的发那科机器人相比，TM25S-X臂长、重复精度相当，但TM25S-X机体重量则仅为发那科机器人3分之2。

■ 业者拓展协作机器人功能面向

除负载能力往20公斤以上发展，协作机器人业者也不断升级机器人功能面向，开发搬运、组装以外的用途，以扩大协作机器人的适用情境。

协作机器人业者中功能最丰富者为UR，其协作机器人具有搬运、组装、焊接、喷涂、抛光、射出成型等功能。此外，达明、发那科及安川近年也推出具备焊接功能的协作机器人。

焊接为传统工业机器人除夹取及组装(占60%左右)外应用最多的功能，占工业机器人全球出货量中15%左右，因此，具备焊接、夹取及组装功能的协作机器人，即能应付大多数工业领域的需求，预期协作机器人能在一定程度取代传统工业机器人。

结语

DIGITIMES Research观察，协作机器人业者往负载20公斤以上升级，可应用场景大为增加。增强协作机器人负载能力的同时，在最高末端工具速度、重复定位精度及机体轻盈等三方面，业者各有取舍，以在保持安全模式的前提下，提高协作机器人的工作效率。

传统工业机器人为全球机器人的出货主力，在负载能力、工业功能、价格等层面占有优势，适合需要高速、高负载、重复性动作、大规模生产的制造场域，然机器人无法近距离辅助使用者，使用情景存在一定限制。

相对而言，协作机器人能达到人机协作的互动模式，能和人员处在同样的工作空间一起合作完成任务，其中，较为重复、简单的工作将由协作机器人处理，较为精细、复杂的部分则由人员处理，可大幅降低人力的负担。同时，协作机器人易于调整操作，可因应不同产线变化。

因此，在需要和人共同协作的工作环境，以及在需要不断调整动作、少量多样的产线情境，协作机器人占有极大优势，随著协作机器人负载能力及工业功能的提升、价格的调降，预期可在一定程度取代工业领域中的传统工业机器人，未来更有望朝服务领域拓展应用场景。