Робот жақтаусыз момент қозғалтқыштары гуманоидты роботтарды қалай қуаттайды

Гуманоид роботтардың қысқа бейнелерін бұрыннан көрген болуыңыз мүмкін: зертханаларда кері бұрылу, автомобиль зауыттарында бөлшектерді тасымалдау немесе тіпті адамдармен табиғи сөйлесу. «Адамға ұқсас» болып көрінетін бұл әрекеттердің артында негізгі мүмкіндіктер жатыр: бірлескен жүйе. Егер алгоритмдер роботтың миы болса және сенсорлар оның сезім мүшелері болса, онда Робот жақтаусыз момент қозғалтқышы  оның бұлшық еті болып табылады, ол қаншалықты жылдам жүгіре алатынын, қаншалықты ауыр жүк көтеретінін және қаншалықты тұрақты жүре алатынын анықтайды. Бүгін біз осы 'бұлшықет' технологиясының қай жерде жақсы екенін және өнеркәсіптік түрлендіруді қалай қолдайтынын талдау үшін бірнеше негізгі гуманоидты робот өнімдерінен бастаймыз.

I. Неліктен гуманоидты роботтар рамасыз робот қозғалтқыштарынан ажырамайды?

Бас кейіпкерімізбен танысайық. Рамасыз айналу моменті қозғалтқышы - бұл бірегей тіршілік - оның корпусы, білігі, мойынтіректері жоқ. Барлық 'қапталған' перифериялық құрамдастарды алып тастау арқылы ол тек  статор мен ротор өзегін сақтайды. роботтың буын құрылымына тікелей енгізілген Артықшылықтары қарапайым:  кішірек көлем, жоғары айналу моменті . Гуманоид роботта жамбас, тізе және иық сияқты үлкен айналу моменті буындары өте жоғары қуат тығыздығы мен жинақылықты талап етеді; дәстүрлі қозғалтқыштар жиі тым көп орын алады, ал жақтаусыз айналу моменті қозғалтқышы жалпы құрылымды ықшам әрі тиімді етіп, 'мотор-түйін一体化' дизайнына қол жеткізу үшін қосылыстың ішіне біріктірілуі мүмкін.

Деректер де оның маңыздылығын растайды. Мысал ретінде Tesla Optimus-ті алайық:  оның 28 жетектерінің әрқайсысы осы өнімнің бірлескен іске қосудағы негізгі рөлін көрсететін жақтаусыз айналу моменті қозғалтқышын пайдаланады.

II. Негізгі өнім конфигурациясының талдауы: әртүрлі буындар, әртүрлі 'бұлшықеттер'

Қозғалтқыштарды бұлшықеттермен салыстыратын болсақ, дененің әртүрлі бөліктеріне қойылатын талаптар айтарлықтай өзгереді — иық пен жамбас сияқты үлкен буындар жарылғыш күшті қажет етеді, білек пен епті қолдар нақты бақылауды қажет етеді, ал тізе тұрақтылықты сақтай отырып, жүктемені көтеруі керек. Өндірушілер өнімді позициялау мен шығындарды ескере отырып, әртүрлі мотор комбинациясы шешімдерін қабылдады.

Tesla Optimus: Техникалық эталонның 'Толық стек конфигурациясы'

Tesla Optimus қазіргі уақытта саладағы ең толық және техникалық мөлдір жетек шешіміне ие. Оның буындары үш санатқа бөлінеді:

·  Айналмалы жетектер (14 бірлік) : Негізінен иық, жамбас, білек және бел сияқты үлкен бұрышты айналмалы буындарда қолданылады. Шешім үш айналу моментінің спецификациясын ұсынатын 'рамасыз момент қозғалтқышы + гармоникалық редуктор + момент сенсоры + қос кодтағыштар' болып табылады:  20Нм, 110Нм, 180Нм.

·  Сызықтық жетектер (14 бірлік) : Шектеулі бұрылу бұрышы бар, бірақ жоғары тартуды қажет ететін қосылыстарда таратылады (мысалы, шынтақ, тізе, тобық). Шешім -  500Н, 3900Н және 8000Н тарту сипаттамалары бар 'рамасыз момент қозғалтқышы + планеталық роликті бұранда'.

·  Қолдың епті жетектері (12 бірлік / екі қол) : қуыс шыныаяқ моторы + миниатюралық көп сатылы планетарлық беріліс қорабы + құрт беріліс тіркесімін пайдаланады. Әрбір қол 11 дәрежелі еркіндікке ие және 9 кг жүкті көтере алады.

Жалпы алғанда, Optimus 180Нм жоғары айналу моменті бар жетекті жамбас және иық сияқты ауыр жүкті буындар үшін және орташа/төмен момент шешімдерін шынтақ пен білек сияқты орташа жүктемелі бөлшектер үшін пайдаланады, бұл ақылға қонымды 'бұлшықет градиенті' құрайды. Шығын тұрғысынан алғанда,  рамасыз айналу моменті қозғалтқышы роботтың жалпы құнының шамамен 14,8% құрайды , бұл оны планеталық роликті бұрандадан кейінгі екінші маңызды компонент етеді.

Unitree H1/G1: өнімділігі жоғары 'Өзін-өзі дамыту фракциясы'

Unitree-дің тәсілі Tesla-дан айтарлықтай ерекшеленеді — олар  жоғары айналу моменті бар қозғалтқыштарды + төмен коэффициентті планетарлық берілістерді қолданатын квази-тікелей жетек архитектурасын қалайды , бұл шығындарды азайта отырып, қуаттың шығуын қамтамасыз етеді.

H1  өзі әзірлеген M107 қозғалтқышымен жабдықталған өнеркәсіптік деңгейдегі үлкен гуманоидты робот ретінде орналастырылған.  360Н·м  (жамбас буыны  220Н·м , тобық буыны  45Н·м ) ең жоғары айналу моментін жеткізе алатын, бәсекелестерінен 1,5 есе артық қуат тығыздығымен Бірлескен таралу: 14 төменгі аяқ буындары (крутящий моменті 45–220Н·м), 14 жоғарғы аяқ буындары (крутящий момент ~75N·m) және 2 торсикалық буын.

G1  үй тұтынушыларына арналған сценарийлер: биіктігі 1,32 м, салмағы 35 кг. Стандартты нұсқада 23 DOF бар, ал EDU нұсқасы 23–43 DOF ұсынады. Оның төменгі аяқ буыны 'қозғалтқыш + екі сатылы планетарлық редуктор + кодер + драйвер' төртеуі бір біріктірілген модульді пайдаланады, тізе буынының максималды айналу моменті  90N·m  және қолдың максималды жүктемесі 2 кг. Айта кету керек, Unitree локализация жылдамдығына 90% -дан астам қол жеткізді, қозғалтқыштар, редукторлар, контроллерлер, кодерлер және басқа да негізгі компоненттердің барлығы өздігінен әзірленді, бұл G1 негізгі нұсқасының бағасын 85 000 юаньға дейін төмендетуге мүмкіндік береді.

Xiaomi CyberGear: миниатюризацияланған интеграцияланған 'Актуарий'

Xiaomi CyberGear мүлдем басқа бағытты ұстанады — ол сервоқозғалтқышты, гармоникалық редукторды, қос кодтағыштарды және драйверді салмағы небары  317 грамм болатын кішкентай денеге жинап , 'шағын өлшем, үлкен интеграцияға' қол жеткізеді.

Техникалық параметрлер: CyberGear қозғалтқышының максималды айналу моменті небәрі  3Н·м , бірақ  дейін жылдам жауап бере алады  20 миллисекундқа . Ол жұмыс үстелі роботтық қолдары және шағын робот буындары сияқты жеңіл сценарийлерге жарамды. Қозғалтқыш жылуды жақсырақ тарату үшін қара анодталған алюминий корпусын пайдаланады, өздігінен әзірленген температураны анықтау жүйесі мен қорғау алгоритмдерін қамтиды және XT30 қосқышы мен жылдам шығарылатын дизайнымен стандартты түрде жеткізіледі. Ол Xiaomi интернет-дүкенінде небәрі  499 юаньға сатылады , бұл оны бастапқы деңгейдегі робот қосылым модульдері үшін 'баға қақпашысы' етеді.

Оның 3N·m максималды айналу моменті Optimus және Unitree-дің үлкен айналу моменті шешімдерінен әлдеқайда төмен болса да, оның салмағы небәрі 317 граммды және оның 'тез шығарылатын + біріктірілген' дизайнын ескере отырып, ол тұтынушы сценарийлері (үйдегі шағын роботтар, оқу роботтары) үшін жеткілікті. Ол шағын және орта өндірушілерге робототехника кеңістігінде де ойнауға мүмкіндік беретін 'жеткілікті жақсы' стратегиясын ұстанады.

Чжиюань робототехника экспедициясы сериясы: 'Үлкен жарылыс күші' іздестіру

Zhiyuan Expedition сериясы мотор өнімділігінде әсіресе агрессивті. Expedition A2 Max роботы  450Н·м ең жоғары қосылыс моментін береді , бұл қазіргі уақытта жалпыға қолжетімді бірлескен моменттің ең жоғары көрсеткіштерінің бірі. Оның өзі әзірлеген PowerFlow қозғалтқышы тікелей жетек пен дәстүрлі қозғалтқыштар арасында квази-тікелей жетек технологиясы бағытын қолданады, салмағы небары 1,6 кг болғанда 350 Н·м асатын ең жоғары айналу моментін береді, сонымен қатар ол сұйық салқындату жүйесін қамтиды, күшті бақылау сезімталдығы мен үздіксіз жүк көтергіштігін теңестіреді. Қазіргі уақытта Чжиюан Чэндуде өнеркәсіптік базаны іске қосты, экспедиция А3, А2, Линши Х2 сияқты өнімдер жаппай өндіріске қол жеткізді.

Интуитивті салыстыру үшін жоғарыда аталған негізгі үлгілердің негізгі параметрлері төмендегі кестеде жинақталған:

Жоғарыдағы кестеден роботтың жақтаусыз айналу моменті қозғалтқыштары жамбас, тізе және иық буындары сияқты ауыр жүктеме сценарийлерінде дерлік стандартқа айналғаны анық, ал дәлірек қуыс шыныаяқ қозғалтқыштары қолдың соңында пайдаланылады — айырмашылық тек  қозғалтқыш түрі мен өнімділік параметрлерінің үйлесімінде жатыр . Бағыты біркелкі.

III. Моторлар мен толық роботтар арасындағы 'Карталау'

Сонымен, қай жоғары ағынды қозғалтқыш өндірушілері осы танымал гуманоид робот өнімдерін қолдайды? Жаппай өндіріс қарқыны артқан сайын, бірқатар отандық және халықаралық жеткізушілер негізгі позицияларды иеленіп, толық робот өндірушілерімен тығыз байланысты.

·  Tesla жеткізу тізбегі : Inovance Technology жетекті басқаратын біріктірілген қосылыстарда жетекші орынға ие және Leadshine қозғалысын басқару өнімдері де Tesla жеткізу тізбегіне енді. Сонымен қатар, Wolong Electric Drive-тың жақтаусыз крутящий қозғалтқыштары Unitree және Zhiyuan сияқты отандық негізгі роботтардың жеткізу тізбегіне сәтті еніп, Tesla-ға жанама түрде қосылды, ішкі нарықтағы үлесі шамамен 25%.

·  Unitree  - өте жоғары локализация жылдамдығы бар ойыншы; оның қозғалтқыштары, жетек тақталары және қозғалысты басқару алгоритмдері негізінен өздігінен әзірленген. Жеткізу тізбегі тұрғысынан Leaderdrive гармоникалық редукторлары және Haozhi Electromechanical компаниясының жақтаусыз айналу моменті қозғалтқыштары, басқалармен қатар, Unitree жеткізеді.

·  Xiaomi CyberGear  қозғалтқышы сыртқы қозғалтқыш жеткізушілеріне сенбейді, бірақ бұзылулар оның ams OSRAM магниттік кодері мен GigaDevice негізгі басқару MCU біріктіретінін көрсетеді. Сонымен қатар, Inovance Technology, сондай-ақ Xiaomi жеткізеді.

·  Чжиюань  онымен тығыз байланысты бірқатар жеткізушілерге ие. Wolong Electric Drive «өнеркәсіп + капитал» қосарлы байланысы арқылы Чжиюаньның жеткізу тізбегіне еніп қана қоймай, сонымен қатар Чжиюань акцияларын жанама түрде иеленді. Сервожүйелер мен жақтаусыз момент қозғалтқыштарын жеткізетін басқа отандық көшбасшыларға Inovance Technology, STEP Electric және Veichi Electric кіреді.

Жалпы,  жақтаусыз моментті қозғалтқыш өрісі локализацияның жеделдеуіне куә болады . Жоғары деңгейлі нарықта Kollmorgen және MOOG сияқты халықаралық брендтер әлі де технологиялық жоғары орынды иеленеді, бірақ жаппай өндіріс, шығындарды бақылау және теңшелген қызметтер тұрғысынан Inovance, Wolong және STEP сияқты отандық ойыншылар тез өсуде.

IV. Жоғары деңгейлі 'Бұлшықет' талаптары: Кодерлер және жоғары дәлдіктегі қосылыстар

Қозғалтқыштар қуат шығару мәселесін шешеді, бірақ буындардың жеткілікті дәл орналасуына, күшті кері байланыс пен біркелкі қозғалысты басқаруға қол жеткізу үшін тағы бір негізгі құрамдас — кодтауыш қажет  ..

Кодер роботтың 'жүйке жүйесі' ретінде әрекет етеді, ол нақты уақыттағы позиция, жылдамдық және бұрыш туралы ақпаратқа жауап береді. Гуманоид роботтарында  қосарлы кодтаушы  шешім негізгі ағымға айналды: бір кодер қозғалтқыш жағында, екіншісі шығыс жағында орнатылған және олардың арасындағы бұрыштық айырмашылық калибрлеу моменті мен орнымен салыстырылады. Ауыр жүкті буындарда (мысалы, жамбас және тізе) кодер роботтың жүру мен күшті қаншалықты дәл басқара алатынын анықтайды; жұқа қолмен жұмыс істегенде, кодер дәлдігі миллиметрмен өлшенетін маңызды айнымалы болып табылады.

V. SDM: отандық роботтардың жақтаусыз моменті қозғалтқыштар мен магниттік кодерлердегі дамып келе жатқан жұлдыз

Локализацияны жеделдету аясында Ханчжоу компаниясы — SDM — «робот жақтаусыз айналу моменті қозғалтқыштары + магниттік кодтауыштар» екі доңғалақты өнім матрицасы бар гуманоидтық робот индустриясы тізбегінің өзегіне біртіндеп қадам басуда.

SDM-тің жақтаусыз момент қозғалтқыштарындағы сараланған артықшылықтары негізінен үш аспектіде көрінеді:

1. Толығымен өздігінен дамыған қозғалтқышты жобалау мүмкіндігі . SDM-нің жақтаусыз крутящий қозғалтқыштары жоғары жылдамдықты жауап беруді және нақты уақыттағы крутящий моментті тұйық циклды басқаруды қолдайды, авиациялық деңгейдегі легірленген материалдар мен жоғары магниттік энергия өнімі магниттерін пайдалана отырып, моменттің тығыздығы мен соққыға төзімділігін айтарлықтай жақсартады. Әртүрлі робот буындарының (жамбас/тізе/иық) сараланған қажеттіліктеріне бағытталған SDM жеңіл коммерциялық қызметтен бастап өнеркәсіптік ауыр жүктемеге дейінгі қолданбаларға икемді түрде бейімделе отырып, 50Нм-ден 200Нм-ден асатын ең жоғары айналу моменті бар бірнеше мотор өнімдерінің желісін іске қосты.

2. Магниттік кодтағыштардағы негізгі технология . SDM өзі әзірлеген көп айналымды абсолютті магниттік кодтағыштар мен бір айналымды магниттік кодтағыштар дәлдік, тұрақтылық және кедергіге қарсы қабілеті бойынша халықаралық негізгі шешімдерге сәйкес келеді. Жоғары дәлдіктегі магнитке төзімді датчиктер мен көп полюсті магниттік сақина технологиясын пайдалана отырып, SDM магниттік кодерлері дірілге қарсы және жоғары/төмен температура сипаттамаларын айтарлықтай оңтайландыра отырып, позициялық ажыратымдылыққа 18 биттен жақсырақ қол жеткізеді. Бұл 'мотор + кодер' біріктірілген мүмкіндігі роботтарды толық өндірушілерге  бір терезеден бірлескен жетек шешімін таңдауға қол жеткізуге мүмкіндік береді , бұл әзірлеу тиімділігін және жүйе интеграциясын айтарлықтай жақсартады.

3. 'Ханчжоу алты кішкентай айдаһар' өнеркәсіптік кластеріне негізделген . SDM Ханчжоу мен Янцзы өзенінің атырауы аймағында орналасқан, бұл жерде Қытайдағы робот құрамдас бөлігі ресурстарының ең тығыз шоғырлануы, редукторларды, мойынтіректерді, сенсорларды және басқа да негізгі бөлшектерді қамтиды. Чжэцзян провинциясының гуманоидты роботтар өнеркәсібін дамыту саясатын үздіксіз ілгерілетуден пайда ала отырып, SDM бірте-бірте бір компонентті жеткізуден толық бірлескен модульдік шешімдерге дейін кеңейеді.

Гуманоид роботтар зертханалық кезеңнен  'жаппай өндіріс дәуіріне' ауысқан сайын , жоғары ағынды қозғалтқыш пен кодтаушы жеткізушілер арасындағы бәсекелестік 'шығындық тиімділік'-ден 'өнімділік + сенімділік' екі жақты шайқасқа дейін көтеріледі. SDM жергілікті Ханчжоу өнеркәсіптік тізбегінің артықшылықтарын және өзі әзірлеген мотор және магниттік кодтау мүмкіндіктерін пайдалана отырып, отандық өндірілген гуманоид роботтардың 'қуат көзіндегі' таптырмас күшке айналуда.