產業脈動｜應用於人型機器人加工的工具機技術

前言

人型機器人市場規模與發展現況

根據研究報告指出，預計2027 年全球人型機器人市場產值將超過20 億美元，2024 年至2027 年間的年複合成長率（CAGR）達到154%。此外相關報告更預測，未來5 至10 年人型機器人將迎來爆發性成長，至2035 年產值可達260 億美元[1][2]。目前人型機器人的發展狀況顯示，全球主要廠商正積極投入並擴大測試，產品完成度日益提高。例如，Agility Robotics 的Digit、Apptronik 的Apollo 等皆有上市規劃，Tesla的Optimus亦計畫在2025 至2027 年間量產上市[3]。

人型機器人產業鏈可以粗分為上中下游三個層次：上游主要是零部件和軟體系統供應商，包括電機、關節、感測器、控制器、操作系統等；中游是人型機器人本體的製造商，負責將各個零部件組裝成完整的機器人產品；下游則是人型機器人的終端應用市場，包括醫療、教育、救災救援、公共安全、生產製造、家庭陪護等多個領域[4]。技術層面上，生成式AI 技術的進步顯著提升了人型機器人的認知和對話能力，使其能夠更有效地感知環境並與人類互動。然而，運動執行能力仍取決於關鍵零組件技術，如行星滾柱螺桿、複合材料件、6D力矩感測器和空心杯馬達等，而這些領域仍存在一定的技術壁壘。在應用場域方面，工業型機器人主要用於手臂撿貨等任務；服務型機器人則受益於生成式AI 技術的加持，能夠支援多模態交流互動。隨著全球勞動人口短缺和高齡化程度加深，陪伴與照護需求日益增加，預 計此類服務型機器人將在未來1 至2 年內嶄露頭角。此外，機器人即服務（Robot-as-a-Service，RaaS）的商業模式正在興起，允許廠商和用戶以租賃取代購買，降低前期成本與風險，這將有助於加速機器人在各領域的滲透率。

至於臺灣的人型機器人市場，雖然目前缺乏具體的市場規模數據，但臺灣在科技領域擁有豐富的經驗和競爭力，特別是在半導體、電子製造和資訊技術等方面。這些優勢使臺灣有潛力在全球人型機器人供應鏈中扮演重要角色。然而，臺灣廠商需要克服技術壁壘，特別是在關鍵零組件的研發和製造上，以提升在全球市場的競爭力。

全球人型機器人市場正處於快速成長階段，技術進步和市場需求共同推動其發展。臺灣若能充分利用自身的科技優勢，積極投入相關技術的研發與應用，未來在全球人型機器人市場中將有機會取得重要地位。

人型機器人核心構造與關鍵零組件

人型機器人的設計模仿人類的形態與功能，旨在執行各種複雜任務，其核心構造主要分為感測模組、控制模組、執行模組和能源模組等四大部分[5]，如圖1。關鍵零組件則包含行星滾柱螺桿、諧波減速器、複合材料件、6D 力矩感測器以及空心杯馬達等[6]；這些技術的發展直接影響人型機器人的性能與應用潛力。

核心構造方面，主要分為：

• 感測模組：感測模組是人型機器人的「感官系統」，用以捕捉外部環境及內部狀態。此模組包括攝影機、雷射雷達、超音波感測器、紅外線感測器，以及力矩與壓力感測器等。其中，視覺感測器負責提供影像資料，用於物體辨識與導航；力矩與壓力感測器則能協助機器人感知接觸力的大小與方向，實現精細操作。
• 控制模組：控制模組被譽為人型機器人的「大腦」，負責運行各類演算法來分析感測資料並生成控制指令。其核心是高效的運算硬體（如工業級處理器或邊緣運算模組）和精密的軟體演算法，如運動規劃、平衡控制及機器學習等。控制模組需要具備高速度、高穩定性的運算能力，特別是在多自由度的動作協調與人機互動上。
• 執行模組：執行模組是人型機器人完成動作的「肢體系統」或被稱為人型機器人的「小腦」，包含多自由度的關節與驅動裝置。每個關節通常由伺服電機驅動，並搭配減速器以實現精確的運動控制。執行模組的設計需考量靈活性、穩定性與負載能力，以應對各種操作場景，如行走、攀爬與抓取物體。
• 能源模組：能源模組是人型機器人的「心臟」，提供穩定的動力來源。常見的能源形式為鋰電池，因其高能量密度與長循環壽命。此外，能源管理系統（BMS）在該模組中扮演重要角色，負責監控電池狀態並優化能量分配，以延長續航時間。

關鍵零組件方面，主要包括：

人型機器人的核心構造與關鍵零組件是實現智慧與多功能性的基礎。隨著技術的不斷進步，這些構造與零組件的性能持續提升，將進一步推動人型機器人向更高效、更可靠、更人性化的方向發展。

• 行星滾柱螺桿：行星滾柱螺桿主要應用於人型機器人的執行模組中，能將旋轉運動轉換為直線運動，具備高精度、高效率及承受高負載的特性。其低摩擦設計能顯著降低能耗，並提高機器人的運動穩定性與壽命。
• 諧波減速器：諧波減速器是驅動系統的核心零組件，用於實現高精度的速度與扭矩控制。由於其結構緊湊、傳動比大以及無背隙特性，被廣泛應用於機器人的關節驅動中，確保動作的靈活性與穩定性。
• 複合材料件：人型機器人的結構件通常採用輕量化與高強度的複合材料，如碳纖維增強塑料（CFRP）。這些材料不僅能降低機器人的自重，還能提高其耐久性，從而提升運動性能與能源效率。
• 6D 力矩感測器：6D 力矩感測器能同時測量三軸的力與扭矩，是實現精確操作與人機交互的關鍵。該技術廣泛應用於手部操作和步態控制，能幫助機器人應對複雜的環境與任務。
• 空心杯馬達：空心杯馬達是一種具有高效率、低慣量和快速響應特性的特殊電機，適用於人型機器人高精度、快速動作的需求。其結構設計使得馬達的體積小、重量輕，有助於提升執行模組的性能。