De ce roboții umanoizi deschid un nou ocean albastru pentru aplicații cu motor fără miez

 

Roboții umanoizi, în calitate de reprezentanți remarcabili ai roboților de uz general și purtători ideali ai „inteligenței încorporate", beneficiază, pe de o parte, de dezvoltarea rapidă a inteligenței artificiale generale și, pe de altă parte, devenind puntea dintre AI și lumea reală cu „inteligență încorporată", evoluând treptat în platforma terminală pentru următoarea generație de inteligență artificială generală. În sarcinile roboților, modelele mari de inteligență artificială își asumă roluri cheie în raționament și luarea deciziilor, transformând instrucțiuni complexe în pași executabili pentru roboți prin analiza comenzilor în limbaj natural. Mai mult, adăugarea de modele mari multimodale AI îmbunătățește semnificativ acuratețea și eficiența raționamentului și luării deciziilor, oferind un sprijin important roboților umanoizi pentru a progresa spre generalizare.

 

 

Dezvoltarea rapidă a industriei robotice se bazează pe inovații în tehnologiile componente-cheie și pe stabilitatea furnizării acestora. La roboții umanoizi, reductorul, servosistemul și controlerul sunt considerate cele trei componente de bază, reprezentând împreună peste 70% din costul total. În plus, ca componentă de bază, valoarea motorului nu poate fi trecută cu vederea. La roboții umanoizi precum Optimus, costul motorului reprezintă aproximativ 25% din valoarea totală a componentelor.

 

Presupunând că volumul livrărilor globale de roboți umanoizi va ajunge la 5 milioane de unități în următorul deceniu, cererea de motoare fără miez (fără miezuri de fier) ​​va înregistra o creștere masivă a pieței în această perioadă. Pe baza prețurilor unitare, creșterea pieței pentru motoarele fără miez poate ajunge la 350 miliarde RMB, în timp ce piața incrementală pentru motoarele fără miez este de așteptat să depășească 78 miliarde RMB. Împreună, acești doi vor forma un spațiu de piață vast de 428 de miliarde de RMB.

 

 

Spre deosebire de roboții industriali utilizați în medii fixe de lucru, roboții umanoizi servesc în primul rând scenarii de viață cotidiană a omului. Acești roboți au nevoie nu doar de capacități de percepție, de luare a deciziilor și de acțiune, ci și să simuleze modele de comportament uman pentru a interacționa cu mediul și utilizatorii într-un mod mai natural. Prin urmare, motoarele, ca componente de bază ale actuatoarelor articulare, afectează direct flexibilitatea, precizia și stabilitatea robotului.

 

Printre diversele tehnologii de acţionare, acţionarea cu motor electric prezintă avantaje semnificative faţă de acţionarea hidraulică. Soluția de acționare a motorului electric beneficiază de tehnologia matură de control al mișcării, oferind feedback în timp real asupra stării mișcării prin codificatoare de înaltă precizie pentru a asigura un control precis. În același timp, costul sistemelor de acționare cu motor electric este mai mic în comparație cu sistemele hidraulice, cu o întreținere necesară. Această caracteristică rentabilă face ca motorul electric să fie una dintre alegerile principale pentru dezvoltarea roboților umanoizi.

 

Printre acestea, motoarele fără miez, cu caracteristicile lor ușoare, de înaltă eficiență și de inerție scăzută, au devenit componente cheie în îmbunătățirea performanței robotului umanoizi.Motoarele fără miez pot oferi o densitate de putere mai mare și viteze de răspuns mai mari în volume mici, permițând roboților să prezinte performanțe superioare în controlul articulațiilor cu mai multe grade de libertate. În plus, motoarele fără miez au un consum mai mic de energie, ajutând roboții să obțină o viață mai lungă a bateriei.

 

1.1 Roboții umanoizi care se integrează în viața de zi cu zi, prezentând puterea tehnologică națională

Roboții umanoizi au devenit treptat asistenți de încredere în viața umană de zi cu zi, capabili să asiste la o varietate de sarcini complexe. Spre deosebire de roboții industriali, care funcționează de obicei în medii fixe, roboții umanoizi sunt proiectați să se integreze în mediul zilnic al omului. Acești roboți nu numai că posedă capacități de bază, cum ar fi percepția, luarea deciziilor și acțiunile, dar au și caracteristici de mișcare asemănătoare omului și design de aspect prietenos, făcându-i mai ușor acceptați de oameni și creând un sentiment de familiaritate. Prin adaptarea flexibilă la diferite medii, roboții umanoizi prezintă un potențial enorm de aplicare în domenii precum acasă, servicii și asistență medicală.

 

Ca dispozitive inteligente avansate, roboții umanoizi sunt priviți ca simboluri ale puterii tehnologice naționale. Dezvoltarea lor necesită depășirea barierelor tehnologice din mai multe discipline, inclusiv inginerie mecanică, inginerie electrică, știința materialelor, tehnologia de detectare, sisteme de control și inteligență artificială. Cu caracteristici de aspect asemănător omului, capacități de mers biped și tehnologii de control al mișcării foarte coordonate, roboții umanoizi pot îndeplini sarcini fizice și pot comunica cu oamenii prin limbaj sau expresii faciale. În comparație cu roboții tradiționali, roboții umanoizi prezintă avantaje semnificative în interacțiunea om-mașină, adaptarea la mediu și versatilitatea sarcinilor.

 

 

1.2 Dezvoltarea roboților umanoizi: de la concept la industrializare

Conceptul de roboți există de peste un secol, iar cercetările asupra roboților umanoizi au început la mijlocul-20secolului, experimentând un proces îndelungat de dezvoltare, de la prototipurile de laborator până la etapele incipiente ale industrializării. Cea mai timpurie utilizare a termenului „robot" provine din piesa scriitorului ceh Karel Čapek RUR (Roboții universali ai lui Rossum), adică sclavi mașini care servesc omenirea. Producția de masă a roboților industriali a început în anii 1960, odată cu brațul robotizat „UNIMATE" lansat de compania americană Unimation, care a deschis era roboților industriali comerciali.

 

Cercetarea și dezvoltarea roboților umanoizi a început în Japonia și a intrat treptat în etapele de sistematizare și dinamică ridicată:

 

Etapa timpurie de explorare (în jurul anilor 1970): în 1973, profesorul Ichiro Kato de la Universitatea Waseda din Japonia a dezvoltat primul robot umanoid din lume, WABOT-1, iar mecanismul său de mers biped WL-5 a pus bazele pentru umanoid. roboți.

 

Etapa de integrare a tehnologiei (anii 1980-1990): în 1986, Honda a început cercetările privind robotul umanoid ASIMO, iar în 2000, a fost lansat modelul ASIMO de prima generație, marcând intrarea roboților umanoizi într-o etapă tehnologică extrem de integrată.

 

Etapa de performanță dinamică ({0}}): în 2016, Boston Dynamics din Statele Unite a lansat robotul biped Atlas, care, cu capacitatea sa puternică de echilibrare și performanța de trecere a obstacolelor, a atins noi culmi în mișcarea dinamică și executarea sarcinilor în medii periculoase.

 

Etapa timpurie de industrializare (2020-prezentă): în 2022, Tesla a lansat prototipul de robot umanoid Optimus, prezentând inteligența artificială extrem de integrată și tehnologia de acționare a motorului la Tesla AI Day. Versiunea 2023 a Optimus este capabilă de clasificare a obiectelor și de echilibrare precisă, semnalând că roboții umanoizi se îndreaptă treptat către aplicarea practică.

 

1.3 Integrarea profundă a roboților umanoizi și a tehnologiei motoarelor

Evoluția continuă a roboților umanoizi este inseparabilă de suportul tehnologiei motorii. Fiind o componentă de bază a articulațiilor robotului, motoarele nu numai că determină performanța de mișcare a robotului, ci îi afectează și flexibilitatea și durabilitatea. Datorită preciziei lor ridicate, consumului redus de energie și fiabilității, acționările cu motor au devenit treptat cea mai frecvent utilizată soluție de putere pentru roboții umanoizi. Între timp, motoarele fără miez, cu avantaje precum greutatea redusă, eficiența ridicată și inerția redusă, oferă suport tehnologic crucial pentru dezvoltarea rapidă a roboților umanoizi.

 

În viitor, odată cu noi progrese tehnologice, roboții umanoizi vor deveni mai folosiți în diferite scenarii de viață, injectând o nouă vitalitate dezvoltării economice și sociale globale. Acest lucru face ca piața auto, în special cea fără miez, să fie un ocean albastru nou și foarte așteptat.

 

1.4 Structura robotului umanoid: Analiza componentelor cheie

Structura cheie a roboților umanoizi poate fi împărțită în trei module principale: actuatori, controlere și senzori. Componentele majore precum motoarele, reductoarele și senzorii determină performanța robotului. Mai jos este o analiză detaliată a acestor componente:

 

1.4.1 Motor

Motorul este nucleul execuției mișcării robotului umanoid, inclusiv servomotoare, motoare pas cu pas, motoare cuplu și motoare sferice, printre altele. Printre acestea, motoarele cuplului sunt considerate ideale pentru articulațiile robotilor umanoizi cu cerințe de viteză mică și cuplu mare, datorită capacității lor de a furniza un cuplu mare la viteze medii și mici. Cu toate acestea, dificultatea lor de cercetare și producție este relativ mare, necesitând descoperiri în blocajele tehnologice.

 

1.4.2 Reductor

Reductoarele armonice sunt recunoscute pe scară largă pentru structura lor compactă, raportul de transmisie ridicat și precizia superioară, făcându-le o alegere comună pentru componentele articulațiilor robotului. Cu toate acestea, durabilitatea și durata lor de viață mai au loc de îmbunătățire.

 

1.4.3 Senzor

Senzorii joacă un rol critic în roboți, în special senzorii de cuplu, care sunt o parte esențială a proiectării articulațiilor. Acești senzori, în combinație cu motoare și reductoare, formează ansamblul articulației și oferă un control precis al mișcării și feedback al forței.

 

1.4.4 Metoda de antrenare a membrelor superioare

Membrele superioare folosesc în principal modele de șuruburi cu bile, care transformă mișcarea alternativă a bilelor în mișcare liniară a șurubului. În comparație cu transmisiile cu curea sau cu lanț, șuruburile cu bile au frecare mai mică, costuri de operare și întreținere mai mici și o precizie mai mare.

 

1.4.5 Metoda de antrenare a membrelor inferioare

Șuruburile cu role planetare, cunoscute pentru rezistența lor la impactul forțelor externe și durata de viață lungă, au devenit alegerea principală pentru antrenările membrelor inferioare, potrivite în special pentru gestionarea nevoilor complexe de control al mersului.

 

1.4.6 Articulația mâinii

Îmbinările de mână folosesc de obicei motoare fără miez. Aceste motoare au un design simplu, ușor și sunt componente de antrenare ideale pentru mișcarea degetelor, permițând un control mai fin.

 

În plus, alegerile de rulmenți pentru îmbinările liniare și rotative includ rulmenți cu contact unghiular, rulmenți cu role încrucișate și rulmenți cu bile adânci. Aceste componente împreună asigură ușurința, precizia și fiabilitatea robotului.

 

 

Avantajele inteligente ale acționării cu motor

În comparație cu acționările hidraulice, acționările cu motor prezintă o performanță inteligentă deosebit de remarcabilă în controlul mișcării. De exemplu, robotul umanoid de la Tesla adoptă tehnologia servomotoarelor cu densitate mare de cuplu, cu controlul său inteligent al mișcării depășind cu mult sistemele hidraulice tradiționale. Acest design nu numai că permite feedback în timp real a stării mișcării pentru a asigura precizia controlului, dar și menține costurile relativ scăzute, făcându-l potrivit pentru aplicații la scară largă.

 

Cerințe de performanță pentru servomotoare

Ca nucleu al actuatoarelor robot, servomotoarele trebuie să îndeplinească următoarele cerințe de performanță:

• Recepție rapidă: Servomotoarele trebuie să pornească și să se oprească rapid pentru a se adapta la mediile cu dinamică ridicată.
• Raport mare între cuplul de pornire și inerție: Servomotoarele ar trebui să ofere un cuplu de pornire ridicat, menținând în același timp o inerție de rotație scăzută.
• Control continuu și caracteristici liniare: Viteza motorului trebuie să se ajusteze continuu cu modificări ale semnalului de control pentru a asigura o execuție precisă.
• Design compact: Servomotoarele ar trebui să fie de dimensiuni mici și ușoare pentru a se potrivi în aspectul spațial compact al robotului.
• Durabilitate și capacitate de suprasarcină: Servomotoarele trebuie să reziste la rotații frecvente înainte și înapoi și la operațiuni de accelerare/decelerare și să suporte de mai multe ori sarcina nominală pentru perioade scurte.

Aceste caracteristici fac ca servomotoarele să fie indispensabile în domeniul roboticii, punând bazele pentru o inteligență mai mare și stabilitate în roboți.

 

Continuă să citești: Inima mișcării robotului - rolul decisiv al motoarelor în precizie - Partea 2