01 Co je to bezrámový momentový motor?
Bezrámový momentový motor je vysoce účinný a energeticky úsporný typ elektromotoru. Jeho nejvýraznějším rysem je odstranění komponentů nacházejících se v tradičních motorech, jako je hřídel, ložiska, pouzdro a koncové kryty, přičemž jsou zachovány pouze dvě základní součásti: rotor a stator.
Toto konstrukční řešení umožňuje bezproblémovou integraci motoru do konstrukce stroje s využitím vlastních ložisek stroje k podepření rotoru, což výrazně zlepšuje integraci systému a kompaktnost.
Bezrámové momentové motory jsou měřeny jejich výstupním momentem, na rozdíl od jmenovitého výstupního výkonu běžně používaného pro servomotory. To jim umožňuje poskytovat vysoký točivý moment při nízkých rychlostech a dokonale se tak přizpůsobit pohybovým požadavkům robotických kloubů.
02 Odhalení principu práce
Princip činnosti bezrámového momentového motoru je založen na zákonu elektromagnetické indukce. Když ovladač motoru přivede energii, třífázová elektřina vybudí rotující elektromagnetické pole ve vinutí statoru. Toto elektromagnetické pole interaguje s permanentními magnety v rotoru a vytváří točivý moment, který způsobuje otáčení rotoru.
Celý proces je řízen driverem, který tvaruje elektromagnetické pole pomocí U/V/W třífázového napájení. Rotor s permanentními magnety se vlivem tohoto pole otáčí. Bezrámové momentové motory mohou využívat Hallovy prvky pro zpětnovazební signály nebo využívat signály z přidaného kodéru.
Ovladač porovnává hodnotu zpětné vazby s cílovou hodnotou, aby upravil úhel natočení rotoru a dosáhl tak přesného servořízení.
03 Rozdíly od tradičních motorů
Ve srovnání s tradičními rámovými motory nabízejí bezrámové momentové motory řadu výhod: Zlepšují výkon stroje, umožňují přímé spojení (bez vůle) a vyšší šířku pásma systému; konstrukce je kompaktnější, což má za následek menší půdorys stroje a vyšší točivý moment na jednotku objemu.
Mají také vysokou tuhost a mohou sloužit jako zdroj energie s přímým pohonem, pohánějící zátěž přímo bez potřeby řemenů a řemenic, vodicích šroubů nebo převodovek; provoz je tichý, protože přímá integrace do konstrukce stroje mění způsob přenosu, což vede k výraznému snížení hluku.
Kromě toho snižují nároky na údržbu díky menšímu počtu mechanických dílů a žádné součásti náchylné k opotřebení nebo vyžadující pravidelnou údržbu.
04 Základní síla humanoidních robotů
V éře rychlého rozvoje umělé inteligence a robotických technologií humanoidní roboti hluboce pronikají do mnoha oblastí, jako je průmysl, služby a zdravotnictví 4. Bezrámové momentové motory se staly hlavními hnacími komponenty v kloubech humanoidních robotů.
Tesla Optimus využívá bezrámové momentové motory jako zdroj energie ve všech 28 svých kloubech. Tyto klouby zahrnují 14 rotačních kloubů a 14 lineárních kloubů, přičemž každý pohon obsahuje bezrámový momentový motor.
Otočné klouby se skládají z bezrámového momentového motoru, harmonického reduktoru, snímače momentu, snímače polohy, kodéru atd., rozmístěných přes ramena (6), zápěstí (2), boky (4) a trup (2).
Lineární klouby se skládají z bezrámového momentového motoru, planetového válečkového šroubu, snímače točivého momentu, snímače polohy atd., rozmístěných přes lokty (2), zápěstí (4), kyčle (2), kolena (2) a kotníky (4).
05 Tři klíčové role
Bezrámové momentové motory hrají tři klíčové role ve flexibilitě kloubů humanoidních robotů:
Poskytování vysokého točivého momentu:
Během provádění úlohy potřebují klouby robota často vydávat vysoký točivý moment při nízkých rychlostech, aby se překonaly pákové efekty a setrvačnost zatížení. Bezrámové momentové motory mohou generovat vysoký točivý moment i při relativně nízkých otáčkách.
Umožňuje přesné ovládání:
Jsou těsně integrovány s komponenty, jako jsou vysoce přesné kodéry a snímače točivého momentu, a tvoří tak vysoce výkonnou integrovanou pohonnou jednotku. Regulátor může číst informace o poloze kloubu ze zpětné vazby kodéru v reálném čase a v kombinaci s údaji o točivém momentu ze snímače točivého momentu jemně dolaďovat točivý moment a otáčky motoru.
Zlepšení rychlosti odezvy kloubu:
S extrémně nízkou setrvačností rotoru může motor reagovat na řídicí povely
rychlostí milisekund . I když se změní vnější prostředí nebo se náhle změní akce, mohou klouby robota rychle upravit svou polohu a zajistit tak stabilitu a bezpečnost robota.
06 Široké oblasti použití
Oblasti použití bezrámových momentových motorů jsou velmi rozsáhlé. Používají se především v kloubech a ramenech robotů, aby poskytovaly vysoký krouticí moment a vysoce přesné ovládání.
V lékařských zařízeních jsou bezrámové momentové motory sladěny s chirurgickými roboty, lékařskými zobrazovacími systémy atd., aby bylo dosaženo vysoce přesného a hladkého ovládání pohybu. Mohou být použity v lékařských oborech, jako je lékařské zobrazování a chirurgické roboty, provádějící operace s vysokou přesností v oblastech mnohem menších, než jaké může zvládnout lidská ruka.
V oblasti špičkových CNC obráběcích strojů lze bezrámové momentové motory použít ve vysoce přesných pětiosých strojích ke zlepšení přesnosti a opakovatelnosti v procesech, jako je tváření, broušení a vrtání.
Kromě toho se také používají v aplikacích v oblasti letectví, jako jsou radary, inerciální navigační systémy a točny.
07 Obrovské vyhlídky na trhu
Vyhlídky na trhu bezrámových momentových motorů jsou velmi široké. Globální velikost trhu bezrámových točivých motorů byla v roce 2022 4,5 miliardy CNY a očekává se, že do roku 2030 dosáhne 22,4 miliardy CNY , přičemž segment trhu s humanoidními roboty bude představovat 16,3 miliardy CNY.
Podle údajů Valuates Reports činila velikost celosvětového trhu bezrámových točivých motorů v roce 2022 670 milionů USD a očekává se, že do roku 2029 vzroste na 1,17 miliardy USD, což představuje složenou roční míru růstu (CAGR) ve výši 8 %. Očekává se, že s rychlým růstem kolaborativních robotů a inteligentní poptávkou si trh bezrámových momentových motorů zachová vysokorychlostní vývoj.
08 Technické výzvy a budoucí trendy
Přestože bezrámové momentové motory vykazují velký potenciál v oblasti humanoidních robotů, stále existují určité výzvy v jejich technologii a výrobě.
Z technického hlediska další zvyšování hustoty točivého momentu bezrámových momentových motorů při současném snižování jejich nárůstu teploty a zužování mezery mezi jmenovitými otáčkami a maximálními otáčkami klade vysoké nároky na elektromagnetickou konstrukci.
Co se týče nákladů, jako kritická součást humanoidních robotů zůstávají náklady vysoké kvůli současné nízké domácí produkci hlavních součástí v Číně.
Budoucí vývojové trendy zahrnují: neustálé zlepšování výkonových ukazatelů pro bezrámové momentové motory, aby splňovaly vyšší požadavky na flexibilitu kloubů a výkon u humanoidních robotů.
Zároveň se optimalizace výrobních procesů a snižování výrobních nákladů stanou důležitými cíli budoucího vývoje.
Zatímco humanoidní roboti přecházejí od 'laboratorních demonstrací' k 'počáteční komercializaci ve specifických scénářích', vstupují bezrámové momentové motory jako hlavní zdroj energie do zlatého období vývoje.
Rok 2025 je považován za kritický pro masovou výrobu humanoidních robotů. Bezrámové momentové motory tvoří 16 % hodnoty humanoidního robota. Současné ceny se pohybují od několika stovek CNY do více než tisíc CNY, v závislosti na výkonu a velikosti.
Očekává se, že v budoucnu s rozšiřováním měřítka a inovací procesů jejich ceny výrazně klesnou, což dále podpoří přijetí humanoidních robotů.
Tato kompaktní, ale výkonná technologie, bezrámový momentový motor, se stává neopěvovaným hrdinou pružných kloubů humanoidních robotů a tiše podporuje rychlý rozvoj robotického průmyslu.
