隨著科技的進步，機器人已從科幻電影中的想像，逐步融入我們的日常生活與工業生產中。從工廠中的自動化手臂到家庭中的掃地機器人，這些設備的硬體結構與設計理念反映了不同的應用需求。本文將從機械結構的角度，解析工業機器人與服務型機器人的硬體分類，並探討其演進趨勢，幫助讀者快速掌握目前機器人技術的概況。

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機器人的兩大分類：工業與服務型

根據應用場景與功能，機器人主要可分為 工業機器人 與 服務型機器人 兩大類。以下將從機械結構與硬體設計的角度，介紹這兩類機器人的特徵。

1. 工業機器人：精準與效率的代表

工業機器人主要應用於製造業與重工業環境，其設計目標是提升生產效率與精準度。從機械結構來看，工業機器人通常具有以下特徵：

• 機械手臂結構：大多數工業機器人採用多關節機械手臂（Articulated Robot），具備多軸自由度，能執行焊接、搬運、組裝等複雜任務。
• 固定式基座：為了穩定性，許多工業機器人固定於工廠地板或特定設備上，移動範圍有限。
• 重型材料與高剛性：硬體多使用金屬合金，承受高負載與長時間運作。
• 感測器與控制系統：配備高精度的感測器與伺服馬達，確保動作精準。

代表案例：如 FANUC 的焊接機器人或 ABB 的搬運機器人，廣泛應用於汽車製造，以及TM /Epson 機器人用於電子組裝。

2. 服務型機器人：靈活性與人性化設計

服務型機器人則專注於與人類互動或提供日常生活支援，其硬體設計更強調靈活性與安全性。機械結構的特徵包括：

• 移動平台結構：許多服務型機器人採用輪式或履帶式移動平台，以便在室內外環境中自由移動。
• 輕量化與安全性：硬體材質多採用塑膠或輕合金，並加入防撞設計，避免對人類造成傷害。
• 多模態感測器：配備攝影機、麥克風與觸覺感測器，用於環境感知與人機互動。
• 模組化設計：部分服務型機器人支援模組化硬體，便於升級或更換功能。

代表案例：如 iRobot 的 Roomba 掃地機器人，或 SoftBank 的 Pepper 人形機器人，用於家庭清潔或客戶服務。

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機器人的硬體分類：驅動系統與自由度

除了依應用場景分類外，機器人的硬體設計還可根據「驅動系統」與「自由度」進行更細緻的分類。以下將詳細介紹這些分類方式，幫助讀者從技術層面了解機器人的結構差異。

1. 依驅動系統分類

驅動系統是機器人硬體的核心，直接影響其運動能力與應用範圍。根據驅動方式，機器人可分為以下幾類：

(1) 電動機器人

電動驅動是目前最常見的機器人驅動方式，具有高精度與易於控制的優點。細分如下：

• 伺服馬達驅動：提供高精度的位置與速度控制，廣泛應用於工業機器人的關節運動。
• 步進馬達系統：以步進方式移動，適合需要精確定位但負載較輕的應用，如小型機械手臂。
• 直流馬達控制：成本較低，常用於簡單的移動平台或服務型機器人。

(2) 氣動/液壓機器人

氣動與液壓驅動適用於需要高功率輸出的場景，特別是在重工業中。細分如下：

• 氣壓缸驅動：利用壓縮空氣推動，動作快速，適合重複性高但精度要求不高的任務，如沖壓設備。
• 液壓系統：利用液體壓力傳遞力量，適合高負載應用，如建築機械或重型機器人。

(3) 複合式驅動

部分機器人結合多種驅動方式，如電動與氣動的混合系統，以兼顧精度與力量，應用於特殊場景。

2. 依自由度分類

自由度（Degrees of Freedom, DOF）指的是機器人可獨立移動的軸數，直接影響其靈活性與應用範圍。根據自由度與移動能力，機器人可分為以下幾類：

(1) 固定式機器人

固定式機器人通常安裝於特定位置，移動範圍受限，但精度高，適合工廠環境。細分如下：

• 三軸機器人：具備三個運動軸，常用於簡單的搬運或點對點作業。
• 四軸 SCARA 機器人：水平關節結構（Selective Compliance Assembly Robot Arm），適合高速組裝與搬運。
• 六軸關節機器人：模擬人類手臂運動，具備六個自由度，應用於複雜任務如焊接與噴漆。

(2) 移動式機器人

移動式機器人具備自主移動能力，硬體設計更注重環境適應性。細分如下：

• 輪式移動平台：採用輪子作為移動方式，適合平坦地形，如室內服務機器人。
• 履帶式系統：利用履帶移動，適應崎嶇地形，常用於戶外救援或軍事機器人。
• 人形機器人：模仿人類結構設計，具備多自由度關節與雙足移動能力，如用於娛樂或醫療輔助。

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硬體分類的演進趨勢

隨著技術進步，工業與服務型機器人的硬體設計正朝著以下趨勢發展：

1. 工業機器人：智慧化與協作化

• 協作機器人（Cobot）：傳統工業機器人多與人類隔離運作，但近年來協作型機器人逐漸普及，硬體設計更注重安全性與靈活性，能與人類共同作業。
• AI 與感測技術整合：硬體中加入更多智慧感測器與視覺系統，使機器人能適應非結構化環境，提升自主性。
• 輕量化設計：新型材料如碳纖維的應用，讓工業機器人更輕便，降低能耗。

2. 服務型機器人：多功能與個人化

• 人形化設計：硬體結構趨向模仿人類外觀與動作，提升互動體驗，如 Boston Dynamics 的 Atlas 機器人。
• 雲端連線與模組化：硬體結合雲端運算，支援遠端更新與客製化功能，滿足不同用戶需求。
• 能源效率提升：電池技術進步與低功耗硬體設計，延長服務型機器人的運作時間。

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結語：機器人硬體的未來展望

從機械結構的角度來看，工業機器人與服務型機器人的硬體分類反映了它們不同的應用目標：工業機器人追求效率與精準，服務型機器人則強調靈活與人性化。進一步從驅動系統與自由度分類，可以看出硬體設計的多樣性與技術深度。隨著技術融合，兩者的界線正逐漸模糊，未來的機器人硬體設計將更智慧化、模組化，並深度整合人工智慧與物聯網技術。

希望這篇文章能幫助您快速了解目前機器人的分類與硬體演進趨勢。無論是對機器人技術感興趣，或是希望應用於實際場景，這些知識都能為您提供基礎參考。

學習心智圖

mindmap
  機器人硬體分類
    驅動系統
      電動系統
        伺服馬達
          AC伺服
          DC伺服
          線性馬達
        步進馬達
          二相步進
          五相步進
          混合式步進
        直流馬達
          有刷DC馬達
          無刷DC馬達
      氣動/液壓
        氣壓系統
          氣壓缸
          真空吸盤
          氣動夾爪
        液壓系統
          液壓缸
          液壓馬達
          蓄壓器
    機構設計
      固定式機器人
        三軸直角座標
          龍門式
          懸臂式
        SCARA
          水平關節式
          平行機構
        六軸關節
          串聯式
          並聯式
      移動式機器人
        輪式系統
          差速驅動
          全向輪
          麥輪驅動
        履帶式系統
          單履帶
          雙履帶
        人形機器人
          雙足行走
          多關節結構
    感測器整合
      視覺系統
        工業相機
          面掃描
          線掃描
          高速相機
        3D感測
          結構光
          TOF相機
          雷射雷達
      力覺系統
        力矩感測
          單軸
          多軸
        壓力感測
          電阻式
          電容式
          壓電式
    控制架構
      中央控制
        工業電腦
          即時系統
          非即時系統
        嵌入式系統
          微控制器
          FPGA
          SoC
      通訊與介面
        現場匯流排
          EtherCAT
          PROFINET
          CC-Link
        安全系統
          硬體互鎖
          軟體監控
          緊急停止

參考來源

• 工業機器人技術與應用
• 服務型機器人趨勢與案例
• 機器人硬體設計與未來展望