Hvorfor Humanoid Robots åbner et nyt blåt hav til kerneløse motorapplikationer

 

Humanoide robotter, som fremragende repræsentanter for almene robotter og ideelle bærere af "embodied intelligens", drager fordel på den ene side af den hurtige udvikling af generel kunstig intelligens, og på den anden side ved at blive broen mellem AI og den virkelige verden med "embodied intelligens", der gradvist udvikler sig til terminalplatformen for den næste generation af generel kunstig intelligens. I robotopgaver indtager store AI-modeller nøgleroller i ræsonnement og beslutningstagning, og konverterer komplekse instruktioner til eksekverbare trin for robotter ved at analysere naturlige sprogkommandoer. Derudover forbedrer tilføjelsen af ​​multimodale AI-store modeller markant nøjagtigheden og effektiviteten af ​​ræsonnement og beslutningstagning, hvilket giver vigtig støtte til humanoide robotter til at udvikle sig mod generalisering.

 

 

Den hurtige udvikling af robotindustrien er afhængig af innovationer inden for nøglekomponentteknologier og stabiliteten af ​​deres forsyning. I humanoide robotter betragtes reducer, servosystem og controller som de tre kernekomponenter, der tilsammen tegner sig for over 70% af de samlede omkostninger. Derudover, som en kernekomponent, kan værdien af ​​motoren ikke overses. I humanoide robotter som Optimus tegner motoromkostningerne sig for cirka 25 % af den samlede komponentværdi.

 

Forudsat at den globale forsendelsesvolumen af ​​humanoide robotter vil nå 5 millioner enheder i det næste årti, vil efterspørgslen efter kerneløse motorer (uden jernkerner) opleve massiv markedsvækst i denne periode. Baseret på enhedspriser kan markedsstigningen for kerneløse motorer nå op på 350 milliarder RMB, mens det trinvise marked for kerneløse motorer forventes at overstige 78 milliarder RMB. Tilsammen vil disse to udgøre et stort markedsareal på 428 milliarder RMB.

 

 

I modsætning til industrirobotter, der bruges i faste arbejdsmiljøer, tjener humanoide robotter primært menneskelige hverdagsscenarier. Disse robotter har ikke kun brug for opfattelses-, beslutnings- og handlingsevner, men skal også simulere menneskelige adfærdsmønstre for at interagere med miljøet og brugerne på en mere naturlig måde. Derfor påvirker motorer, som kernekomponenter i ledaktuatorer, direkte robottens fleksibilitet, præcision og stabilitet.

 

Blandt forskellige drivteknologier udviser elektrisk motordrev betydelige fordele i forhold til hydraulisk drev. Den elektriske motordrevløsning drager fordel af moden bevægelseskontrolteknologi, der giver feedback i realtid af bevægelsesstatus via højpræcisionsindkodere for at sikre nøjagtig kontrol. Samtidig er omkostningerne ved elektriske motordrivsystemer lavere sammenlignet med hydrauliske systemer, med mindre vedligeholdelsesbehov. Denne omkostningseffektive egenskab gør elektrisk motordrift til et af de almindelige valg for udvikling af humanoide robotter.

 

Blandt dem er kerneløse motorer med deres lette, høje effektivitet og lave inerti-egenskaber blevet nøglekomponenter til at forbedre humanoide robotter.Kerneløse motorer kan give større effekttæthed og højere reaktionshastigheder i små volumener, hvilket gør det muligt for robotter at udvise overlegen ydeevne i multi-frihedsgrader fælles kontrol. Derudover har kerneløse motorer lavere energiforbrug, hvilket hjælper robotter med at opnå længere batterilevetid.

 

1.1 Humanoide robotter, der integrerer sig i dagligdagen og viser national teknologisk styrke

Humanoide robotter er efterhånden blevet pålidelige assistenter i det daglige menneskeliv, der er i stand til at hjælpe med en række komplekse opgaver. I modsætning til industrirobotter, som typisk arbejder i faste miljøer, er humanoide robotter designet til at integreres i menneskets daglige omgivelser. Disse robotter besidder ikke kun kerneegenskaber som perception, beslutningstagning og handlinger, men har også menneskelignende bevægelseskarakteristika og venlige udseendedesign, hvilket gør dem lettere accepteret af mennesker og skaber en følelse af fortrolighed. Ved fleksibel tilpasning til forskellige miljøer viser humanoide robotter et enormt anvendelsespotentiale inden for områder som hjem, tjenester og sundhedspleje.

 

Som avancerede intelligente enheder betragtes humanoide robotter som symboler på national teknologisk styrke. Deres udvikling kræver at overvinde teknologiske barrierer på tværs af flere discipliner, herunder maskinteknik, elektroteknik, materialevidenskab, sanseteknologi, kontrolsystemer og kunstig intelligens. Med menneskelignende udseendefunktioner, bipedale gangmuligheder og højt koordinerede bevægelseskontrolteknologier kan humanoide robotter udføre fysiske opgaver og kommunikere med mennesker gennem sprog eller ansigtsudtryk. Sammenlignet med traditionelle robotter udviser humanoide robotter betydelige fordele i menneske-maskine-interaktion, miljøtilpasning og alsidighed i opgaver.

 

 

1.2 Udviklingen af ​​humanoide robotter: Fra koncept til industrialisering

Konceptet med robotter har eksisteret i over et århundrede, og forskning i humanoide robotter begyndte i midten af-20 århundrede, hvor de oplevede en lang udviklingsproces fra laboratorieprototyper til de tidlige stadier af industrialiseringen. Den tidligste brug af udtrykket "robot" kommer fra den tjekkiske forfatter Karel Čapeks skuespil RUR (Rossum's Universal Robots), hvilket betyder maskinslaver, der tjener menneskeheden. Masseproduktionen af ​​industrirobotter begyndte i 1960'erne, med "UNIMATE"-robotarmen lanceret af det amerikanske firma Unimation, som åbnede æraen for kommercielle industrirobotter.

 

Forskning og udvikling af humanoide robotter begyndte i Japan og gik gradvist ind i stadierne af systematisering og høj dynamik:

 

Tidlig udforskningsfase (omkring 1970'erne): I 1973 udviklede professor Ichiro Kato fra Waseda University i Japan verdens første humanoide robot, WABOT-1, og dens WL-5 tobenede gangmekanisme lagde grundlaget for humanoid robotter.

 

Technology Integration Stage (1980'erne-1990er): I 1986 startede Honda forskning i den humanoide robot ASIMO, og i 2000 blev den første generation af ASIMO-modellen frigivet, hvilket markerede indtoget af humanoide robotter i en meget integreret teknologisk fase.

 

Dynamic Performance Breakthrough Stage (2000-2020): I 2016 udgav Boston Dynamics i USA den bipedale robot Atlas, som med sin kraftfulde balanceevne og forhindringsoverskridende ydeevne nåede nye højder inden for dynamisk bevægelse og opgaveudførelse i farlige miljøer.

 

Tidlig industrialiseringsstadie (2020-nuværende): I 2022 lancerede Tesla den humanoide robotprototype Optimus, der fremviste meget integreret kunstig intelligens og motordrevteknologi på Tesla AI Day. 2023-versionen af ​​Optimus er i stand til objektklassificering og præcis afbalancering, hvilket signalerer, at humanoide robotter gradvist bevæger sig mod praktisk anvendelse.

 

1.3 Dyb integration af humanoide robotter og motorteknologi

Den kontinuerlige udvikling af humanoide robotter er uadskillelig fra støtten fra motorteknologi. Som kernekomponenten i robotledsdrev bestemmer motorer ikke kun robottens bevægelsesydelse, men påvirker også dens fleksibilitet og holdbarhed. Med deres høje præcision, lave energiforbrug og pålidelighed er motordrev efterhånden blevet den mest almindeligt anvendte kraftløsning til humanoide robotter. I mellemtiden giver kerneløse motorer, med fordele som letvægt, høj effektivitet og lav inerti, afgørende teknologisk støtte til den hurtige udvikling af humanoide robotter.

 

I fremtiden, med yderligere gennembrud inden for teknologi, vil humanoide robotter blive mere udbredt i forskellige livsscenarier og tilføre ny vitalitet i den globale økonomiske og sociale udvikling. Dette gør motormarkedet, især markedet for kerneløse motorer, til et nyt og længe ventet blåt hav.

 

1.4 Humanoid robotstruktur: Analyse af nøglekomponenter

Nøglestrukturen af ​​humanoide robotter kan opdeles i tre hovedmoduler: aktuatorer, controllere og sensorer. Større komponenter som motorer, reduktionsgear og sensorer bestemmer robottens ydeevne. Nedenfor er en detaljeret analyse af disse komponenter:

 

1.4.1 Motor

Motoren er kernen i udførelse af humanoid robotbevægelse, herunder servomotorer, stepmotorer, momentmotorer og sfæriske motorer, blandt andre. Blandt dem anses drejningsmomentmotorer for at være ideelle til humanoide robotled med krav til lav hastighed og højt drejningsmoment på grund af deres evne til at levere højt drejningsmoment ved mellem- og lavhastigheder. Men deres forsknings- og produktionsvanskeligheder er relativt høje, hvilket kræver gennembrud i teknologiske flaskehalse.

 

1.4.2 Reducer

Harmoniske reduktionsgear er bredt anerkendt for deres kompakte struktur, høje transmissionsforhold og overlegne præcision, hvilket gør dem til et almindeligt valg til robotledskomponenter. Deres holdbarhed og levetid har dog stadig plads til forbedring.

 

1.4.3 Sensor

Sensorer spiller en afgørende rolle i robotter, især momentsensorer, som er en væsentlig del af samlingsdesign. Disse sensorer, i kombination med motorer og reduktionsgearer, danner samlingen og giver præcis bevægelseskontrol og kraftfeedback.

 

1.4.4 Drivmetode for øvre lemmer

De øvre lemmer bruger for det meste kugleskruedesign, som konverterer kuglernes frem- og tilbagegående bevægelse til lineær bevægelse af skruen. Sammenlignet med rem- eller kædetræk har kugleskruer mindre friktion, lavere drifts- og vedligeholdelsesomkostninger og højere præcision.

 

1.4.5 Drivemetode for nedre ekstremiteter

Planetariske rulleskruer, der er kendt for deres modstandsdygtighed over for ydre kraftpåvirkninger og lange levetid, er blevet hovedvalget til underekstremitetsdrev, især velegnet til at håndtere komplekse behov for gangstyring.

 

1.4.6 Håndled

Håndled bruger almindeligvis kerneløse motorer. Disse motorer har et enkelt design, lette og er ideelle drivkomponenter til fingerbevægelser, hvilket muliggør finere kontrol.

 

Derudover omfatter lejevalgene for lineære og roterende led vinkelkontaktlejer, krydsede rullelejer og dybe sporkuglelejer. Disse komponenter sikrer tilsammen robottens letvægt, præcision og pålidelighed.

 

 

Intelligente fordele ved motordrev

Sammenlignet med hydrauliske drev udviser motordrev særligt fremragende intelligent ydeevne inden for bevægelsesstyring. For eksempel anvender Teslas humanoide robot servomotorteknologi med høj momenttæthed, med dens intelligente bevægelseskontrol, der langt overgår traditionelle hydrauliske systemer. Dette design tillader ikke kun feedback i realtid af bevægelsesstatus for at sikre kontrolpræcision, men holder også omkostningerne relativt lave, hvilket gør det velegnet til store applikationer.

 

Ydelseskrav til servomotorer

Som kernen i robotaktuatorer skal servomotorer opfylde følgende ydeevnekrav:

• Hurtig reaktionsevne: Servomotorer skal starte og stoppe hurtigt for at tilpasse sig højdynamiske miljøer.
• Højt startmoment-til-inerti-forhold: Servomotorer bør give et højt startmoment og samtidig opretholde lav rotationsinerti.
• Kontinuerlig kontrol og lineære karakteristika: Motorhastigheden skal justeres kontinuerligt med ændringer i styresignalet for at sikre præcis udførelse.
• Kompakt design: Servomotorer skal være små i størrelse og lette for at passe ind i robottens kompakte rumlige layout.
• Holdbarhed og overbelastningsevne: Servomotorer skal modstå hyppige rotationer frem og tilbage og accelerations-/decelerationsoperationer og tåle flere gange den nominelle belastning i korte perioder.

Disse egenskaber gør servomotorer uundværlige inden for robotteknologi, hvilket lægger grundlaget for højere intelligens og stabilitet i robotter.

 

Fortsæt med at læse: Hjertet af robotbevægelse - motorernes afgørende rolle i præcision - Del 2