Ինչպես Robot Frameless Torque Motors-ը հզորացնում է մարդանման ռոբոտներին

Հնարավոր է, որ դուք արդեն տեսել եք մարդանման ռոբոտների կարճ տեսանյութեր՝ լաբորատորիաներում հետադարձ պտույտներ անելով, մեքենաների գործարաններում պահեստամասեր տեղափոխելով կամ նույնիսկ մարդկանց հետ բնական զրույցներ վարելով: Այս թվացյալ «մարդկանց» գործողությունների հետևում թաքնված է հիմնական ազդեցությունը՝ համատեղ համակարգը: Եթե ​​ալգորիթմները ռոբոտի ուղեղն են, իսկ սենսորները նրա զգայարաններն են, ապա Robot Frameless Torque Motor-ը  նրա մկանն է, որը որոշում է, թե որքան արագ կարող է վազել, որքան ծանրություն կարող է բարձրացնել և որքան կայուն քայլել: Այսօր մենք կսկսենք մարդանման ռոբոտների մի քանի հիմնական արտադրանքներից՝ պարզելու, թե որտեղ է այս «մկանային» տեխնոլոգիան գերազանցում և ինչպես է այն աջակցում արդյունաբերական վերափոխմանը:

I. Ինչու՞ են մարդանման ռոբոտները անբաժանելի ռոբոտների առանց շրջանակի պտտվող շարժիչներից:

Եկեք ճանաչենք մեր գլխավոր հերոսին: Շրջանակ չունեցող ոլորող մոմենտ շարժիչը եզակի գոյություն է. այն չունի պատյան, առանց լիսեռ, առանցքակալներ: Հեռացնելով բոլոր 'փաթեթավորված' ծայրամասային բաղադրիչները, այն պահպանում է  միայն ստատորի և ռոտորի միջուկը , որոնք ուղղակիորեն ներկառուցված են ռոբոտի հոդերի կառուցվածքում: Առավելությունները պարզ են՝  ավելի փոքր ծավալ, ավելի մեծ ոլորող մոմենտ : Հումանոիդ ռոբոտի դեպքում մեծ ոլորող հոդերը, ինչպիսիք են ազդրը, ծնկը և ուսը, պահանջում են հզորության չափազանց բարձր խտություն և կոմպակտություն: Ավանդական շարժիչները հաճախ չափազանց շատ տեղ են զբաղեցնում, մինչդեռ առանց շրջանակի ոլորող շարժիչը կարող է ինտեգրվել հոդերի ներսում՝ ձեռք բերելու «շարժիչի միացում» դիզայն՝ ընդհանուր կառուցվածքը դարձնելով ավելի կոմպակտ և արդյունավետ:

Տվյալները նույնպես հաստատում են դրա կարևորությունը։ Որպես օրինակ բերենք Tesla Optimus-ը.  նրա 28 մղիչներից յուրաքանչյուրն օգտագործում է առանց շրջանակի ոլորող մոմենտ շարժիչ ՝ ընդգծելով այս արտադրանքի հիմնական դերը համատեղ շարժման մեջ:

II. Հիմնական արտադրանքի կոնֆիգուրացիայի վերլուծություն. տարբեր հոդեր, տարբեր 'մկաններ'

Եթե ​​շարժիչները համեմատում ենք մկանների հետ, ապա մարմնի տարբեր մասերի պահանջները շատ տարբեր են. մեծ հոդերը, ինչպիսիք են ուսերն ու կոնքերը, պայթուցիկ ուժի կարիք ունեն, դաստակներն ու ճարպիկ ձեռքերը՝ ճշգրիտ հսկողության, իսկ ծնկները պետք է կրեն ծանրաբեռնվածություն՝ պահպանելով կայունությունը: Արտադրողները, հիմնվելով արտադրանքի դիրքորոշման և ծախսերի նկատառումների վրա, ընդունել են շարժիչների համակցման տարբեր լուծումներ:

Tesla Optimus. «Full-Stack Configuration» տեխնիկական հենանիշի

Tesla Optimus-ը ներկայումս ունի արդյունաբերության մեջ ամենաամբողջական և տեխնիկապես թափանցիկ մղիչ լուծումը: Նրա հոդերը բաժանված են երեք կատեգորիայի.

·  Պտտվող շարժիչներ (14 միավոր) . Հիմնականում օգտագործվում են մեծ անկյունային պտտվող հոդերի համար, ինչպիսիք են ուսերը, կոնքերը, դաստակները և գոտկատեղը: Լուծումն իրենից ներկայացնում է «առանց շրջանակի ոլորող մոմենտ շարժիչ + ներդաշնակ ռեդուկտոր + ոլորող մոմենտ ցուցիչ + երկակի կոդավորիչներ», որն առաջարկում է երեք պտտող մոմենտ՝  20 Նմ, 110 Նմ, 180 Նմ։.

·  Գծային ակտուատորներ (14 միավոր) . Բաշխված են ճոճման սահմանափակ անկյուններով, բայց բարձր մղում պահանջող հոդերի վրա (օրինակ՝ արմունկներ, ծնկներ, կոճեր): Լուծումը «առանց շրջանակի ոլորող շարժիչ + մոլորակային պտտվող պտուտակ» է՝ մղման բնութագրերով: 500N, 3900N և 8000N .

·  Ձեռքի ճարտար շարժիչներ (12 միավոր / երկու ձեռքով) : Օգտագործում է սնամեջ գավաթի շարժիչ + մանրանկարչական բազմաստիճան մոլորակային փոխանցումատուփ + ճիճու հանդերձանք: Յուրաքանչյուր ձեռք ունի 11 աստիճան ազատություն և կարող է բարձրացնել 9 կգ բեռ:

Ընդհանուր առմամբ, Optimus-ը օգտագործում է 180 Նմ բարձր ոլորող մոմենտ սարքը ծանր բեռնվածությամբ հոդերի համար, ինչպիսիք են ազդրը և ուսը, և միջին/ցածր ոլորող լուծույթները միջին ծանրաբեռնվածության մասերի համար, ինչպիսիք են արմունկը և դաստակը՝ ձևավորելով ողջամիտ «մկանային գրադիենտ»: Արժեքի տեսանկյունից  առանց շրջանակի ոլորող շարժիչը կազմում է ռոբոտի ընդհանուր արժեքի մոտավորապես 14,8%-ը , ինչը այն դարձնում է երկրորդ ամենակարևոր բաղադրիչը մոլորակային պտտվող պտուտակից հետո:

Unitree H1/G1.

Unitree-ի մոտեցումը զգալիորեն տարբերվում է Tesla-ի մոտեցումից. նրանք նախընտրում են  քվազի ուղիղ շարժիչ ճարտարապետություն՝ օգտագործելով բարձր պտտվող խտության շարժիչներ + ցածր հարաբերակցությամբ մոլորակային փոխանցումներ , որոնք ապահովում են էներգիայի արտադրությունը՝ միաժամանակ նվազեցնելով ծախսերը:

H1-ը  տեղակայված է որպես արդյունաբերական կարգի մեծ մարդանման ռոբոտ, որը հագեցած է ինքնուրույն մշակված M107 շարժիչով, որը կարող է ապահովել առավելագույն պտտող մոմենտ  360 Ն·մ  (ազդրային հոդ  220Ն·մ , կոճ հոդ  45Ն·մ ), հզորության խտությունը 1,5 անգամ գերազանցում է մրցակիցներին: Համատեղ բաշխում. 14 ստորին վերջույթների հոդ (ոլորող մոմենտ տատանվում է 45–220 Ն·մ), վերին վերջույթների 14 հոդ (ոլորող մոմենտ ~75Ն·մ) և 2 իրան հոդ։

G1-ն  ուղղված է տնային սպառողների սցենարներին՝ 1,32 մ բարձրություն, 35 կգ քաշ: Ստանդարտ տարբերակն ունի 23 DOF, մինչդեռ EDU տարբերակը առաջարկում է 23–43 DOF: Դրա ստորին ոտքի հոդը օգտագործում է «շարժիչ + երկաստիճան մոլորակային ռեդուկտոր + կոդավորիչ + վարորդ» չորսը մեկում ինտեգրված մոդուլ, ծնկի հոդերի առավելագույն ոլորող մոմենտով  90 Ն·մ  և ձեռքի առավելագույն ծանրաբեռնվածությամբ՝ 2 կգ: Հատկանշական է, որ Unitree-ն հասել է ավելի քան 90% տեղայնացման արագության, շարժիչների, ռեդուկտորների, կարգավորիչների, կոդավորիչների և այլ հիմնական բաղադրիչների շնորհիվ, որոնք բոլորն ինքնուրույն մշակվել են, ինչը թույլ է տալիս G1-ի բազային տարբերակի գինը մինչև 85,000 RMB:

Xiaomi CyberGear. մանրացված ինտեգրված «Ակտուար»

Xiaomi-ի CyberGear-ը բոլորովին այլ ճանապարհով է գնում՝ այն փաթեթավորում է սերվոշարժիչ, ներդաշնակ ռեդուկտոր, երկակի կոդավորիչներ և վարորդ՝ ընդամենը  317 գրամ կշռող փոքրիկ մարմնի մեջ ՝ հասնելով «փոքր չափսերի, մեծ ինտեգրման»:

Տեխնիկական պարամետրեր. CyberGear շարժիչն ունի առավելագույն ոլորող մոմենտ ընդամենը  3 Ն·մ  , բայց կարող է արձագանքել մինչև  20 միլիվայրկյան արագությամբ : Այն հարմար է թեթև սցենարների համար, ինչպիսիք են աշխատասեղանի ռոբոտային ձեռքերը և ռոբոտի փոքր հոդերը: Շարժիչը օգտագործում է սև անոդացված ալյումինե պատյան՝ ջերմության ավելի լավ ցրման համար, ներառում է ջերմաստիճանի հայտնաբերման ինքնուրույն մշակված համակարգ և պաշտպանության ալգորիթմներ, ինչպես նաև ստանդարտ XT30 միակցիչով և արագ արձակվող դիզայնով: Այն վաճառվում է Xiaomi-ի առցանց խանութում ընդամենը  499 RMB- ով , ինչը այն դարձնում է «գների դռնապան» սկզբնական մակարդակի ռոբոտների համատեղ մոդուլների համար:

Թեև դրա առավելագույն ոլորող մոմենտը 3 Ն·մ շատ ավելի ցածր է, քան Optimus-ի և Unitree-ի մեծ ոլորող լուծույթները, հաշվի առնելով նրա քաշը ընդամենը 317 գրամ և «արագ արձակում + ինտեգրված» դիզայնը, այն ավելի քան համարժեք է սպառողական սցենարների համար (տնային փոքր ռոբոտներ, կրթական ռոբոտներ): Այն հետևում է «բավականին լավ» ռազմավարությանը, որը փոքր և միջին արտադրողներին հնարավորություն է տալիս խաղալ նաև ռոբոտաշինության ոլորտում:

Zhiyuan Robotics Expedition Series. Pursuing 'Ultimate Burst Power'

Zhiyuan Expedition շարքը հատկապես ագրեսիվ է շարժիչի աշխատանքի մեջ: Expedition A2 Max ռոբոտն ապահովում է  450 Ն·մ հոդերի պտտվող մոմենտ , որը ներկայումս հանրության համար հասանելի ոլորող մոմենտների ամենաբարձր ցուցանիշներից մեկն է: Նրա ինքնուրույն մշակված PowerFlow շարժիչը կիրառում է քվազի ուղիղ շարժիչ տեխնոլոգիայի երթուղին՝ ուղիղ շարժիչի և ավանդական շարժիչների միջև, ապահովելով առավելագույն պտտող մոմենտ, որը գերազանցում է 350 Ն·մ, մինչդեռ կշռում է ընդամենը 1,6 կգ, ինչպես նաև ներառում է հեղուկ հովացման համակարգ, հավասարակշռող ուժի վերահսկման զգայունությունը և շարունակական ծանրաբեռնվածության հզորությունը: Ներկայումս Zhiyuan-ը գործարկել է արդյունաբերական բազա Չենդուում, և այնպիսի ապրանքներ, ինչպիսիք են Expedition A3-ը, A2-ը և Lingxi X2-ը, հասել են զանգվածային արտադրության:

Ինտուիտիվ համեմատության համար վերը նշված հիմնական մոդելների հիմնական պարամետրերը ամփոփված են ստորև բերված աղյուսակում.

Վերևի աղյուսակից պարզ է դառնում, որ ռոբոտի առանց շրջանակի ոլորող շարժիչները գրեթե ստանդարտ են դարձել ծանր ծանրաբեռնվածության սցենարներում, ինչպիսիք են ազդրի, ծնկների և ուսի հոդերը, մինչդեռ ձեռքերի վերջում օգտագործվում են ավելի ճշգրիտ խոռոչ գավաթների  շարժիչներ . Ուղղությունը համահունչ է.

III. «Քարտեզագրում» շարժիչների և ամբողջական ռոբոտների միջև

Այսպիսով, ո՞ր շարժիչ արտադրողներն են աջակցում մարդանման ռոբոտների այս հայտնի արտադրանքներին: Քանի որ զանգվածային արտադրությունը աճում է, մի շարք տեղական և միջազգային մատակարարներ իրենց խորապես կապում են ռոբոտների ամբողջական արտադրողների հետ՝ զբաղեցնելով առանցքային դիրքեր:

·  Tesla-ի մատակարարման շղթա . Innovance Technology-ն առաջատար դիրք է զբաղեցնում շարժիչի կառավարման ինտեգրված հոդերի մեջ, և Leadshine-ի շարժման վերահսկման արտադրանքը նույնպես մուտք է գործել Tesla-ի մատակարարման շղթա: Բացի այդ, Wolong Electric Drive-ի առանց շրջանակի ոլորող մոմենտ շարժիչները հաջողությամբ մուտք են գործել ներքին հիմնական ռոբոտների մատակարարման շղթաներ, ինչպիսիք են Unitree-ն և Zhiyuan-ը, անուղղակիորեն կապվելով Tesla-ի հետ՝ ներքին շուկայի մոտ 25% մասնաբաժինով:

·  Unitree-ն  չափազանց բարձր տեղայնացման մակարդակ ունեցող խաղացող է. դրա շարժիչները, շարժիչ տախտակները և շարժման կառավարման ալգորիթմները հիմնականում ինքնուրույն մշակված են: Մատակարարման շղթայի տեսանկյունից, Leaderdrive-ի ներդաշնակ ռեդուկտորները և Haozhi Electromechanical-ի առանց շրջանակի ոլորող մոմենտ շարժիչները, ի թիվս այլոց, մատակարարում են Unitree-ն:

·  Xiaomi-ի CyberGear  շարժիչը չի ապավինում արտաքին շարժիչների մատակարարներին, սակայն անջատումները ցույց են տալիս, որ այն միավորում է ams OSRAM-ի մագնիսական կոդավորիչը և GigaDevice-ի հիմնական կառավարման MCU-ն: Միևնույն ժամանակ, Inovance Technology-ն մատակարարում է նաև Xiaomi-ին:

·  Zhiyuan-ն  ունի մի շարք մատակարարներ, որոնք խորապես կապված են դրա հետ: Wolong Electric Drive-ը ոչ միայն մուտք է գործել Zhiyuan-ի մատակարարման շղթա «արդյունաբերություն + կապիտալ» երկակի կապի միջոցով, այլև անուղղակիորեն ունի բաժնետոմսեր Zhiyuan-ում: Ներքին այլ առաջատարներ, որոնք մատակարարում են սերվո համակարգեր և առանց շրջանակի ոլորող մոմենտ շարժիչներ, ներառում են Innovance Technology, STEP Electric և Veichi Electric:

Ընդհանուր առմամբ,  առանց շրջանակի ոլորող մոմենտ շարժիչի դաշտը ականատես է լինում տեղայնացման արագացման : Բարձրակարգ շուկայում միջազգային բրենդները, ինչպիսիք են Kollmorgen-ը և MOOG-ը, դեռևս զբաղեցնում են տեխնոլոգիական բարձր դիրքերը, սակայն զանգվածային արտադրության, ծախսերի վերահսկման և հարմարեցված ծառայությունների առումով տեղական խաղացողները, ինչպիսիք են Inovance-ը, Wolong-ը և STEP-ը, արագորեն աճում են:

IV. Ավելի բարձր մակարդակի «Մկանային» պահանջներ. կոդավորիչներ և բարձր ճշգրտության հոդեր

Շարժիչները լուծում են ելքային հզորության խնդիրը, սակայն հոդերի բավական ճշգրիտ դիրքորոշման, նուրբ ուժի հետադարձ կապի և սահուն շարժման վերահսկման հասնելու համար անհրաժեշտ է մեկ այլ հիմնական բաղադրիչ՝ կոդավորիչը  ։.

Կոդավորիչը գործում է որպես ռոբոտի «նյարդային համակարգ», որը պատասխանատու է դիրքի, արագության և անկյան մասին տեղեկատվության իրական ժամանակի հետադարձ կապի համար: Հումանոիդ ռոբոտներում  երկակի կոդավորիչի  լուծումը դարձել է հիմնական. մի կոդավորիչը տեղադրված է շարժիչի կողմում, մյուսը՝ ելքային կողմում, և նրանց միջև անկյունային տարբերությունը համեմատվում է տրամաչափման ոլորող մոմենտների և դիրքի հետ: Ծանր ծանրաբեռնված հոդերի դեպքում (օրինակ՝ ազդրի և ծունկի) կոդավորիչը որոշում է, թե որքան ճշգրիտ է ռոբոտը կառավարում քայլվածքն ու ուժը. Ձեռքի նուրբ գործողություններում կոդավորիչի ճշգրտությունը կարևոր փոփոխական է, որը չափվում է միլիմետրերով:

V. SDM. ձևավորվող աստղ կենցաղային ռոբոտների առանց շրջանակի ոլորող մոմենտների և մագնիսական կոդավորիչների մեջ

Արագացված տեղայնացման ֆոնին Hangzhou-ից մի ընկերություն՝ SDM , աստիճանաբար մտնում է մարդանման ռոբոտների արդյունաբերության շղթայի առանցքը՝ «ռոբոտի առանց շրջանակի ոլորող մոմենտների շարժիչներ + մագնիսական կոդավորիչներ» իր երկակի անիվի արտադրանքի մատրիցով:

SDM-ի տարբերակված առավելությունները առանց շրջանակի մոմենտ շարժիչների մեջ հիմնականում արտացոլված են երեք ասպեկտներով.

1. Լիովին ինքնուրույն զարգացած շարժիչի նախագծման հնարավորություն : SDM-ի առանց շրջանակի ոլորող մոմենտ շարժիչները ապահովում են բարձր արագության արձագանքման և իրական ժամանակի ոլորող մոմենտ փակ հանգույցի կառավարում՝ օգտագործելով ավիացիոն կարգի համաձուլվածքի նյութեր և բարձր մագնիսական էներգիայի արտադրանքի մագնիսներ՝ զգալիորեն բարելավելով ոլորող մոմենտների խտությունը և ազդեցության դիմադրությունը: Նպատակ ունենալով ռոբոտի տարբեր հոդերի (ազդր/ծնկի/ուս) տարբերակված կարիքները՝ SDM-ը գործարկել է մի քանի շարժիչային արտադրական գիծեր՝ առավելագույն պտտող մոմենտով, որը ծածկում է 50 Նմ-ից ավելի քան 200 Նմ՝ ճկուն կերպով հարմարվելով ծրագրերին՝ սկսած թեթև առևտրային սպասարկումից մինչև արդյունաբերական ծանր բեռ:

2. Հիմնական տեխնոլոգիա մագնիսական կոդավորիչներում : SDM-ի ինքնուրույն մշակված բազմակողմանի բացարձակ մագնիսական կոդավորիչները և մեկ պտույտով մագնիսական կոդավորիչները համապատասխանում են միջազգային հիմնական լուծումներին ճշգրտությամբ, կայունությամբ և հակամիջամտությունների ունակությամբ: Օգտագործելով բարձր ճշգրտության մագնիսական դիմադրողական սենսորներ և բազմաբևեռ մագնիսական օղակների տեխնոլոգիա՝ SDM-ի մագնիսական կոդավորիչները հասնում են դիրքային լուծաչափի ավելի լավ, քան 18 բիթը՝ միաժամանակ զգալիորեն օպտիմալացնելով հակաթրթռման և բարձր/ցածր ջերմաստիճանի բնութագրերը: Այս 'շարժիչ + կոդավորիչ' ինտեգրված հնարավորությունը թույլ է տալիս ամբողջական ռոբոտ արտադրողներին հասնել  մեկ կանգառի համատեղ սկավառակի լուծման ընտրության ՝ զգալիորեն բարելավելով զարգացման արդյունավետությունը և համակարգի ինտեգրումը:

3. Արմատավորված է 'Hangzhou Six Little Dragons' արդյունաբերական կլաստերում : SDM-ը գտնվում է Հանչժոուում և Յանցզի գետի դելտայում, որտեղ տեղակայված են Չինաստանի ռոբոտի բաղադրիչների ռեսուրսների ամենախիտ կոնցենտրացիան՝ ծածկող ռեդուկտորներ, առանցքակալներ, սենսորներ և այլ հիմնական մասեր: Օգտվելով Չժեցզյան նահանգի մարդանման ռոբոտների արդյունաբերության զարգացման քաղաքականության շարունակական խթանումից՝ SDM-ն աստիճանաբար ընդլայնվում է մի բաղադրիչ մատակարարումից մինչև ամբողջական համատեղ մոդուլային լուծումներ:

Քանի որ մարդանման ռոբոտները լաբորատոր փուլից տեղափոխվում են  «զանգվածային արտադրության դարաշրջան» , հակառակ հոսքի շարժիչների և կոդավորիչների մատակարարների միջև մրցակցությունը բարձրանում է «ծախսերի արդյունավետությունից» դեպի «կատարում + հուսալիություն» երկակի պայքարի: SDM-ը, օգտագործելով իր տեղական Hangzhou արդյունաբերական շղթայի առավելությունները և իր ինքնակառավարվող շարժիչային և մագնիսական կոդավորիչի հնարավորությունները, դառնում է անփոխարինելի ուժ հայրենական արտադրության մարդանման ռոբոտների «էներգիայի աղբյուրում»: