Waarom humanoïde robots een nieuwe blauwe oceaan openen voor kernloze motortoepassingen

 

Humanoïde robots, als uitstekende vertegenwoordigers van robots voor algemene doeleinden en ideale dragers van 'belichaamde intelligentie', profiteren enerzijds van de snelle ontwikkeling van algemene kunstmatige intelligentie, en anderzijds doordat ze de brug vormen tussen AI en de echte wereld. 'belichaamde intelligentie', die zich geleidelijk ontwikkelt tot het terminalplatform voor de volgende generatie algemene kunstmatige intelligentie. Bij robottaken spelen grote AI-modellen een sleutelrol bij het redeneren en nemen van beslissingen, waarbij ze complexe instructies omzetten in uitvoerbare stappen voor robots door natuurlijke taalopdrachten te analyseren. Bovendien verbetert de toevoeging van grote multimodale AI-modellen de nauwkeurigheid en efficiëntie van redeneren en besluitvorming aanzienlijk, wat belangrijke ondersteuning biedt voor humanoïde robots om vooruitgang te boeken in de richting van generalisatie.

 

 

De snelle ontwikkeling van de robotica-industrie is afhankelijk van innovaties in de belangrijkste componenttechnologieën en de stabiliteit van het aanbod ervan. Bij humanoïde robots worden het reducer, het servosysteem en de controller beschouwd als de drie kerncomponenten, die samen meer dan 70% van de totale kosten vertegenwoordigen. Bovendien mag de waarde van de motor, als kerncomponent, niet over het hoofd worden gezien. Bij humanoïde robots zoals Optimus vertegenwoordigen de motorkosten ongeveer 25% van de totale componentwaarde.

 

Ervan uitgaande dat het wereldwijde verzendvolume van humanoïde robots de komende tien jaar 5 miljoen stuks zal bereiken, zal de vraag naar kernloze motoren (zonder ijzeren kernen) in deze periode een enorme marktgroei kennen. Op basis van eenheidsprijzen kan de marktgroei voor kernloze motoren 350 miljard RMB bereiken, terwijl de groeimarkt voor kernloze motoren naar verwachting de 78 miljard RMB zal overschrijden. Samen zullen deze twee een enorme marktruimte van 428 miljard RMB vormen.

 

 

In tegenstelling tot industriële robots die in vaste werkomgevingen worden gebruikt, dienen humanoïde robots voornamelijk in menselijke dagelijkse levensscenario's. Deze robots hebben niet alleen perceptie-, besluitvormings- en actievermogen nodig, maar moeten ook menselijke gedragspatronen simuleren om op een meer natuurlijke manier met de omgeving en gebruikers te communiceren. Daarom hebben motoren, als kerncomponenten van gewrichtsactuatoren, een directe invloed op de flexibiliteit, precisie en stabiliteit van de robot.

 

Van de verschillende aandrijftechnologieën vertoont elektrische motoraandrijving aanzienlijke voordelen ten opzichte van hydraulische aandrijving. De elektromotoraandrijfoplossing profiteert van volwassen motion control-technologie, die realtime feedback geeft over de bewegingsstatus via uiterst nauwkeurige encoders om nauwkeurige controle te garanderen. Tegelijkertijd zijn de kosten van elektrische motoraandrijfsystemen lager in vergelijking met hydraulische systemen, waardoor er minder onderhoud nodig is. Deze kosteneffectieve eigenschap maakt elektromotoraandrijving tot een van de reguliere keuzes voor de ontwikkeling van humanoïde robots.

 

Onder hen zijn kernloze motoren, met hun lichtgewicht, hoge efficiëntie en lage traagheidskarakteristieken, sleutelcomponenten geworden bij het verbeteren van de prestaties van humanoïde robots.Kernloze motoren kunnen een grotere vermogensdichtheid en hogere reactiesnelheden bieden in kleine volumes, waardoor robots superieure prestaties kunnen leveren bij gezamenlijke controle met meerdere graden van vrijheid. Bovendien hebben kernloze motoren een lager energieverbruik, waardoor robots een langere levensduur van de batterij kunnen bereiken.

 

1.1 Humanoïde robots integreren in het dagelijks leven en laten de nationale technologische kracht zien

Humanoïde robots zijn geleidelijk betrouwbare assistenten geworden in het dagelijks leven van de mens, die kunnen helpen bij een verscheidenheid aan complexe taken. In tegenstelling tot industriële robots, die doorgaans in vaste omgevingen werken, zijn humanoïde robots ontworpen om te integreren in de dagelijkse menselijke omgeving. Deze robots beschikken niet alleen over kerncapaciteiten zoals perceptie, besluitvorming en acties, maar hebben ook mensachtige bewegingskenmerken en vriendelijke uiterlijkontwerpen, waardoor ze gemakkelijker door mensen worden geaccepteerd en een gevoel van vertrouwdheid creëren. Door zich flexibel aan te passen aan verschillende omgevingen, vertonen humanoïde robots een enorm toepassingspotentieel op gebieden als thuis, diensten en gezondheidszorg.

 

Als geavanceerde intelligente apparaten worden humanoïde robots beschouwd als symbolen van nationale technologische kracht. Hun ontwikkeling vereist het overwinnen van technologische barrières in meerdere disciplines, waaronder werktuigbouwkunde, elektrotechniek, materiaalkunde, sensortechnologie, besturingssystemen en kunstmatige intelligentie. Met mensachtige uiterlijke kenmerken, tweevoetige loopmogelijkheden en sterk gecoördineerde bewegingsbesturingstechnologieën kunnen humanoïde robots fysieke taken uitvoeren en met mensen communiceren via taal of gezichtsuitdrukkingen. Vergeleken met traditionele robots vertonen humanoïde robots aanzienlijke voordelen op het gebied van mens-machine-interactie, aanpassing aan de omgeving en taakveelzijdigheid.

 

 

1.2 De ontwikkeling van humanoïde robots: van concept tot industrialisatie

Het concept van robots bestaat al meer dan een eeuw, en het onderzoek naar humanoïde robots begon halverwege de-20e eeuw en maakte een lang ontwikkelingsproces door, van laboratoriumprototypes tot de vroege stadia van de industrialisatie. Het vroegste gebruik van de term 'robot' komt uit het toneelstuk RUR (Rossum's Universal Robots) van de Tsjechische schrijver Karel Čapek, wat machine-slaven betekent die de mensheid dienen. De massaproductie van industriële robots begon in de jaren zestig, met de "UNIMATE" robotarm, gelanceerd door het Amerikaanse bedrijf Unimation, waarmee het tijdperk van commerciële industriële robots werd geopend.

 

Het onderzoek en de ontwikkeling van humanoïde robots begon in Japan en ging geleidelijk de stadia van systematisering en hoge dynamiek in:

 

Vroege verkenningsfase (rond de jaren zeventig): In 1973 ontwikkelde professor Ichiro Kato van de Waseda Universiteit in Japan 's werelds eerste mensachtige robot, WABOT-1, en zijn tweevoetige WL-5 loopmechanisme legde de basis voor mensachtige robots. robots.

 

Technologie-integratiefase (jaren 80-1990): In 1986 begon Honda met onderzoek naar de humanoïde robot ASIMO, en in 2000 werd het ASIMO-model van de eerste generatie uitgebracht, wat de intrede van humanoïde robots in een sterk geïntegreerd technologisch stadium markeerde.

 

Doorbraakfase voor dynamische prestaties (2000-2020): In 2016 bracht Boston Dynamics uit de Verenigde Staten de tweevoetige robot Atlas uit, die met zijn krachtige evenwichtsvermogen en prestaties bij het oversteken van obstakels nieuwe hoogten bereikte op het gebied van dynamische bewegingen en taakuitvoering in gevaarlijke omgevingen.

 

Vroege industrialisatiefase (2020-heden): In 2022 lanceerde Tesla het mensachtige robotprototype Optimus, waarmee sterk geïntegreerde kunstmatige intelligentie en motoraandrijftechnologie werden getoond op Tesla AI Day. De 2023-versie van Optimus is in staat objecten te classificeren en nauwkeurig te balanceren, wat aangeeft dat humanoïde robots geleidelijk op weg zijn naar praktische toepassing.

 

1.3 Diepe integratie van humanoïde robots en motortechnologie

De voortdurende evolutie van humanoïde robots is onlosmakelijk verbonden met de ondersteuning van motortechnologie. Als kerncomponent van robotgewrichtsaandrijvingen bepalen motoren niet alleen de bewegingsprestaties van de robot, maar beïnvloeden ze ook de flexibiliteit en duurzaamheid ervan. Met hun hoge precisie, laag energieverbruik en betrouwbaarheid zijn motoraandrijvingen geleidelijk de meest gebruikte stroomoplossing voor humanoïde robots geworden. Ondertussen bieden kernloze motoren, met voordelen als lichtgewicht, hoge efficiëntie en lage traagheid, cruciale technologische ondersteuning voor de snelle ontwikkeling van humanoïde robots.

 

In de toekomst, met verdere doorbraken in de technologie, zullen humanoïde robots op grotere schaal worden gebruikt in verschillende levensscenario's, waardoor nieuwe vitaliteit wordt geïnjecteerd in de mondiale economische en sociale ontwikkeling. Dit maakt de automarkt, en vooral de kernloze automarkt, een nieuwe en langverwachte blauwe oceaan.

 

1.4 Humanoïde robotstructuur: analyse van sleutelcomponenten

De belangrijkste structuur van humanoïde robots kan worden onderverdeeld in drie hoofdmodules: actuatoren, controllers en sensoren. Belangrijke componenten zoals motoren, reductoren en sensoren bepalen de prestaties van de robot. Hieronder vindt u een gedetailleerde analyse van deze componenten:

 

1.4.1 Motor

De motor vormt de kern van de uitvoering van humanoïde robotbewegingen, waaronder onder meer servomotoren, stappenmotoren, koppelmotoren en bolvormige motoren. Onder hen worden koppelmotoren als ideaal beschouwd voor mensachtige robotgewrichten met lage snelheden en hoge koppelvereisten vanwege hun vermogen om een ​​hoog koppel te leveren bij gemiddelde en lage snelheden. De onderzoeks- en productieproblemen zijn echter relatief hoog, waardoor doorbraken in technologische knelpunten nodig zijn.

 

1.4.2 Reductiemiddel

Harmonische reductoren worden algemeen erkend vanwege hun compacte structuur, hoge overbrengingsverhouding en superieure precisie, waardoor ze een veel voorkomende keuze zijn voor robotverbindingscomponenten. Hun duurzaamheid en levensduur kunnen echter nog worden verbeterd.

 

1.4.3 Sensor

Sensoren spelen een cruciale rol in robots, met name koppelsensoren, die een essentieel onderdeel vormen van het ontwerp van verbindingen. Deze sensoren vormen, in combinatie met motoren en reductoren, het gewrichtssamenstel en zorgen voor nauwkeurige bewegingscontrole en forcefeedback.

 

1.4.4 Methode voor aandrijving van de bovenste ledematen

De bovenste ledematen maken meestal gebruik van kogelomloopspindels, die de heen en weer gaande beweging van de kogels omzetten in lineaire beweging van de schroef. Vergeleken met riem- of kettingaandrijvingen hebben kogelomloopspindels minder wrijving, lagere bedrijfs- en onderhoudskosten en een hogere precisie.

 

1.4.5 Methode voor aandrijving van de onderste ledematen

Planetaire rolschroeven, bekend om hun weerstand tegen externe krachten en lange levensduur, zijn de belangrijkste keuze geworden voor aandrijvingen van de onderste ledematen, vooral geschikt voor het omgaan met complexe behoeften op het gebied van loopcontrole.

 

1.4.6 Handgewricht

Handgewrichten maken gewoonlijk gebruik van kernloze motoren. Deze motoren hebben een eenvoudig ontwerp, zijn licht van gewicht en zijn ideale aandrijfcomponenten voor vingerbewegingen, waardoor een fijnere controle mogelijk is.

 

Bovendien omvatten de lagerkeuzes voor lineaire en roterende verbindingen hoekcontactlagers, gekruiste rollagers en diepgroefkogellagers. Deze componenten zorgen samen voor het lichte gewicht, de precisie en de betrouwbaarheid van de robot.

 

 

Intelligente voordelen van motoraandrijving

Vergeleken met hydraulische aandrijvingen vertonen motoraandrijvingen bijzonder uitstekende intelligente prestaties op het gebied van motion control. De mensachtige robot van Tesla maakt bijvoorbeeld gebruik van servomotortechnologie met een hoge koppeldichtheid, waarbij de intelligente bewegingsbesturing de traditionele hydraulische systemen ver overtreft. Dit ontwerp maakt niet alleen realtime feedback van de bewegingsstatus mogelijk om de besturingsprecisie te garanderen, maar houdt ook de kosten relatief laag, waardoor het geschikt is voor grootschalige toepassingen.

 

Prestatie-eisen voor servomotoren

Als kern van robotactuatoren moeten servomotoren aan de volgende prestatie-eisen voldoen:

• Snelle responsiviteit: Servomotoren moeten snel starten en stoppen om zich aan te passen aan hoogdynamische omgevingen.
• Hoge startkoppel-traagheidsverhouding: Servomotoren moeten een hoog startkoppel leveren met behoud van een lage rotatietraagheid.
• Continue controle en lineaire kenmerken: De motorsnelheid moet continu worden aangepast aan veranderingen in het stuursignaal om een ​​nauwkeurige uitvoering te garanderen.
• Compact ontwerp: Servomotoren moeten klein en licht van gewicht zijn om in de compacte ruimtelijke indeling van de robot te passen.
• Duurzaamheid en overbelastingsvermogen: Servomotoren moeten bestand zijn tegen frequente voorwaartse en achterwaartse rotaties en versnellings-/vertragingsoperaties, en gedurende korte tijd meerdere keren de nominale belasting kunnen dragen.

Deze kenmerken maken servomotoren onmisbaar op het gebied van robotica en leggen de basis voor hogere intelligentie en stabiliteit in robots.

 

Lees verder: Het hart van robotbeweging - de beslissende rol van motoren in precisie - Deel 2