機械手臂與人型機器人的智能融合
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機械手臂與人型機器人

的智能融合

| 2025年 - 8月| No.005

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2017, 北京工信部商討機器手臂發展相關事宜

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2017, 川崎在昆山展工業機械手在人型機器人

👍以工業自動化角度探討

人型機器人的發展狀況

主題一 兩者的組成
主題二 主要差異性
主題三 核心技術瓶頸
主題四 AI扮演的關鍵要素
主題五 未來發展趨勢與方向

😊我們的服務 

提供國內、外自動化知名品牌: 關鍵零組件、控制監視系統、驅動控制系統、機械設計系統、變頻傳動系統、感測器。

😊我們提供的產品

伺服馬達.AC/DC馬達

音圈馬達.線性馬達.DD馬達

減速機.聯軸器.感測器.電動缸

機械手臂整合方案

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主題一 兩者的組成

       機械手臂與人型機器人雖然在運動控制上有些相似,但兩者的設計理念與應用場景有明顯差異。

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       而人型機器人(Humanoid Robot)通常是模擬人類外型與動作的機器人,設計上會包括多個相互整合的系統,以下是其主要組成部分:

🤖 結構與外型設計

  • 機械骨架與關節系統:模擬人體骨骼與關節,如肩膀、膝蓋、手臂等,通常以鋁合金、碳纖維或塑料製成,支撐整體運動。
  • 驅動裝置(Actuators):包含馬達(伺服馬達、步進馬達)、氣壓或液壓裝置,用來控制關節的運動。
  • 外殼與外部材質:通常使用塑膠、矽膠或布料來覆蓋骨架,讓機器人外型更接近人類,也提供保護。

👀 感測與輸入設備

  • 視覺系統:例如攝影機(CMOS/CCD)與影像辨識模組,用於辨識物體、人臉與環境。
  • 聽覺系統:麥克風陣列與語音辨識引擎,用來聆聽指令並進行人機互動。
  • 觸覺感測器:例如壓力感測器或電容式觸控元件,讓機器人能感知接觸或壓力。
  • 陀螺儀與加速度計:用於平衡控制與移動偵測,例如避免跌倒。

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🔋 電源系統

  • 電池模組:如鋰離子電池,提供所有系統運作所需的能源。
  • 電源管理系統(BMS):監控電池使用情況,確保安全與續航。

🧠 控制系統

  • 主控單元(CPU/MCU):類似人腦的中樞神經,用來處理指令、感測數據與行為決策。
  • 感測器融合與AI模組:運用人工智慧演算法來判斷環境、學習任務,例如透過機器學習或深度學習進行語音辨識、影像分析等。

🦵 移動系統

  • 足部結構與步態控制:若為雙足行走機器人,需仿人類步態並確保穩定性,可能包含步態演算法與動態平衡模組。
  • 輪型移動模組:部分人型機器人使用輪子進行移動以簡化動力結構。

🗣️ 通訊與互動介面

  • 語音輸出設備:如喇叭,用來產生語音與音效。
  • 顯示器或表情模擬面板:用於表達情緒或提供視覺資訊。
  • 網路通訊模組:例如 Wi-Fi、藍牙、4G/5G 模組,可與外部設備或雲端系統連接。

主題二 主要差異性

       將工業機械手臂安裝在人型機器人上的實績雖然相對少見,但在特定領域或應用中是存在的,主要集中在研究機構、高端展示或特殊任務用途,而非大規模商業市場化。應用上是否適宜,主要取決於你想解決的應用場景與功能目的。以下是針對這個組合的優點與不適宜之處的分析:

✅ 可能的優點:

1. 模仿人類行為(人機協作):

如果你的目的是讓機器人模擬人類操作(如服務業、醫療照護或高危環境作業),工業手臂精度高、負載力強,有助於完成複雜任務。 

 

2. 可整合現有成熟技術:

工業機械手臂已有高度發展的運動控制系統,可快速與AI視覺、感測器等模組結合,降低開發成本。 

 

3. 展示性或研究性用途:

在研發或展覽中,把強大的工業手臂與人型外型結合,有助於測試人機互動界面、感知技術或姿態平衡演算法。

 

❌ 可能的不適宜之處:

1. 重量與重心問題:

工業機械手臂普遍偏重,若直接安裝在人型機器人上會讓機器人重心偏移、不穩定,尤其是雙足步行機器人,容易失去平衡。 

 

2. 能源消耗大:

工業機械手臂需要高功率驅動,搭配電池供電的人型機器人很難提供足夠能源,會導致續航力大幅下降。 

 

3. 不合比例與空間干涉:

工業手臂體積大、運動範圍廣,若直接安裝在人型機器人的肩部或軀幹上,容易與本體結構產生干涉,不利於流暢動作。 

 

4. 冗餘與成本過高:

若機器人只是做輕量任務(如指引、搬小物件、簡單操作),用工業手臂反而過度設計,成本高又不划算。

機械手臂與人型機器人雖然在運動控制上有些相似,但兩者的設計理念與應用場景有明顯差異。以下是工業機械手臂的主要組成,以及與人型機器人的關鍵差異:

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市場化產品:極少見

目前並沒有主流的商業量產產品是「標準工業機械手臂 + 人型機器人」結合的,

主要原因包括:

  1. 成本高:工業手臂本身昂貴,加上人型平台,成本爆表。
  2. 市場需求不明確:多數工業應用不需要人型外觀;而需要人型互動的場景不需要高強度工業臂。
  3. 替代方案更多:協作型機械手臂 + 移動底盤(如AGV)實用性與穩定性更高。

       而將協作型機械手臂(Collaborative Robot Arm)安裝在人型機器人上,相較於傳統工業手臂,是更可行且逐漸有市場實績的做法,雖然目前仍屬於新興或特定應用市場,但已有一些企業和研究機構實作並展示成果。

 

👍Tesla – Optimus 機器人為例,

  • 說明:雖未明言使用UR等品牌的協作手臂,但其開發重點為人型移動與物件操作,目前展示影片中已出現抓取物件的能力。
  • 潛在合作方向:未來可能搭配自家或第三方協作手臂模組。
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主題三 核心技術瓶頸

       從工程設計與技術挑戰的角度來看,工業機械手臂與人型機器人在核心技術上各有專攻,也面對不同的技術瓶頸。下面依據自動化專業背景角度,整理比較:

🧱 工業機械手臂的主要發展瓶頸

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🤖 人型機器人的主要發展瓶頸

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⚙️ 核心技術比較

🧱 發展與挑戰

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       如何結合人型機器人中“自然互動性”與工業機械手臂的“高精度及高速度性能”,要應用於現今相關應用巿場中,絶對是一大挑戰,相信不同的應用場景有不同的產品可以對應,但人型機器的普及,將大大改變我們的生活。

主題四 AI扮演的關鍵要素

       大多數傳統的工業機械手臂著重於精確執行命令,依靠固定程式碼與運動控制邏輯來完成重複性高的任務,AI並不是其核心。但隨著「智慧製造」與「人機協作」的需求成長,AI 也逐漸導入工業機械手臂與人型機器人,只是兩者的運用範疇與技術要素不盡相同。

🤖 人型機器人中的 AI 關鍵技術

🏭 工業機械手臂中的 AI 應用技術

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       可以思考怎麼把人型機器人的 AI 元件(像是觸覺或互動性)引入到工業機械手臂中,成為協作型機器人(Cobot)」的一環,那就切入了現在智能製造的前線了。

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主題五 未來發展趨勢與方向

       根據最新市場研究與產業報告,人型機器人與協同型/工業機械手臂在全球與台灣的產值與未來發展呈現不同的軌跡與潛力。

 

🤖 人型機器人:產值與發展趨勢

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🔍 發展重點與挑戰:

  • 初期以「人形0.5版」為主(輪式移動+單/雙臂夾爪),應用於物流、製造等場域
  • 技術瓶頸包括:高成本、零組件模組化、AI模型整合、安全規範制定
  • 長期目標為「人形1.0版」具備雙足移動與靈巧手,進入服務與家庭場域

🏭 協同式/工業機械手臂:產值與發展趨勢

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🔍 發展重點與挑戰:

  • 應用集中於製造、焊接、搬運、包裝等高精度任務
  • AI導入逐漸普及,如智慧視覺、預測性維護、協作辨識系統
  • 持續面臨高安裝成本、維護費用與靈活性限制

📊 2025 年人型機器人規格比較表(代表性機型)

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2017, PMC南港展覽館

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