Si Robot Frameless Torque Motors fuqizon robotët humanoidë

Ju mund të keni parë tashmë video të shkurtra të robotëve humanoidë - duke bërë rrokullisje në laboratorë, duke mbajtur pjesë në fabrikat e makinave, apo edhe duke bërë biseda të natyrshme me njerëzit. Pas këtyre veprimeve në dukje 'të ngjashme me njeriun' qëndron një mundësi thelbësore: sistemi i përbashkët. Nëse algoritmet janë truri i robotit dhe sensorët janë shqisat e tij, atëherë Motori rrotullues i robotit pa kornizë  është muskuli i tij—që përcakton sa shpejt mund të vrapojë, sa peshë mund të ngrejë dhe sa i qëndrueshëm mund të ecë. Sot, ne do të fillojmë nga disa produkte të zakonshme të robotëve humanoidë për të analizuar se ku shkëlqen kjo teknologji 'muskulare' dhe se si ajo mbështet një transformim industrial.

I. Pse robotët humanoidë janë të pandashëm nga motorët rrotullues pa kornizë?

Le të njihemi me protagonistin tonë. Një motor çift rrotullues pa kornizë është një ekzistencë unike - nuk ka strehë, pa bosht, pa kushineta. Duke hequr të gjithë përbërësit periferikë 'të paketuar', ai ruan  vetëm bërthamën e statorit dhe rotorit , të cilat janë të ngulitura drejtpërdrejt në strukturën e bashkimit të robotit. Përfitimet janë të drejtpërdrejta:  vëllim më i vogël, çift rrotullues më i lartë . Në një robot humanoid, nyjet me çift rrotullues të madh si ijet, gjuri dhe shpatullat kërkojnë densitet dhe kompaktësi jashtëzakonisht të lartë të fuqisë; motorët tradicionalë shpesh zënë shumë hapësirë, ndërsa një motor çift rrotullues pa kornizë mund të integrohet brenda bashkimit për të arritur një dizajn 'motor-joint一体化', duke e bërë strukturën e përgjithshme më kompakte dhe efikase.

Të dhënat konfirmojnë gjithashtu rëndësinë e saj. Merrni si shembull Tesla Optimus:  secili nga 28 aktivizuesit e tij përdor një motor çift rrotullues pa kornizë , duke theksuar rolin kryesor të këtij produkti në aktivizimin e përbashkët.

II. Analiza kryesore e konfigurimit të produktit: nyje të ndryshme, 'muskuj' të ndryshëm

Nëse i krahasojmë motorët me muskujt, kërkesat për pjesë të ndryshme të trupit ndryshojnë shumë - nyjet e mëdha si shpatullat dhe ijet kanë nevojë për fuqi shpërthyese, kyçet dhe duart e shkathëta kanë nevojë për kontroll të saktë dhe gjunjët duhet të mbajnë ngarkesë duke ruajtur stabilitetin. Prodhuesit, bazuar në pozicionimin e produktit dhe konsideratat e kostos, kanë miratuar zgjidhje të ndryshme të kombinimit të motorëve.

Tesla Optimus: 'Konfigurimi me stiv të plotë' i një standardi teknik

Tesla Optimus aktualisht ka zgjidhjen më të plotë dhe teknikisht më transparente të aktivizuesit në industri. Lidhjet e tij ndahen në tre kategori:

·  Aktivizuesit rrotullues (14 njësi) : Përdoren kryesisht në nyjet rrotulluese me kënd të madh si supet, ijet, kyçet e dorës dhe beli. Zgjidhja është 'motori i çift rrotullues pa kornizë + zvogëluesi harmonik + sensori i çift rrotullues + kodues të dyfishtë', duke ofruar tre specifikime të çift rrotullues:  20 Nm, 110 Nm, 180 Nm.

·  Aktivizuesit linearë (14 njësi) : Shpërndarë në nyje me kënd të kufizuar lëkundjeje, por që kërkojnë shtytje të lartë (p.sh. bërryla, gjunjë, kavilje). Zgjidhja është 'motor çift rrotullues pa kornizë + vidhos rrotulluese planetare', me specifikime të shtytjes  500N, 3900N dhe 8000N.

·  Aktivizuesit e shkathët të dorës (12 njësi / të dyja duart) : Përdor një kombinim të motorit të kupës së zbrazët + kutisë së shpejtësisë planetare shumëfazore në miniaturë + pajisjes me krimba. Çdo dorë ka 11 gradë lirie dhe mund të ngrejë një ngarkesë prej 9 kg.

Në përgjithësi, Optimus përdor aktivizuesin me çift rrotullues të lartë 180 Nm për nyjet me ngarkesë të madhe si ijë dhe shpatull, dhe zgjidhje me çift rrotullues mesatar/të ulët për pjesët me ngarkesë të moderuar si bërryli dhe kyçi i dorës, duke formuar një 'gradient muskulor' të arsyeshëm. Nga pikëpamja e kostos,  motori i rrotullimit pa kornizë përbën afërsisht 14.8% të kostos totale të robotit , duke e bërë atë komponentin e dytë më kritik pas vidës së rrotullës planetare.

Unitree H1/G1: Performancë me kosto të lartë 'Faksioni i Vetë-Zhvilluar'

Qasja e Unitree është dukshëm e ndryshme nga ajo e Teslës - ata preferojnë një  arkitekturë pothuajse të drejtpërdrejtë të drejtimit duke përdorur motorë me densitet të lartë çift rrotullues + ingranazhe planetare me raport të ulët , gjë që siguron fuqinë e prodhimit duke ulur koston.

H1  pozicionohet si një robot i madh humanoid i shkallës industriale, i pajisur me një motor M107 të zhvilluar vetë që mund të japë një çift rrotullues maksimal prej  360 N·m  (nyja e kofshës  220 N·m , nyja e kyçit të këmbës  45 N·m ), me një densitet fuqie të pretenduar 1,5 herë më të madhe se sa konkurrentët. Shpërndarja e nyjeve: 14 nyje të gjymtyrëve të poshtme (çift rrotullimi varion nga 45–220 N·m), 14 nyje të gjymtyrëve të sipërme (përdredhja ~ 75 N·m) dhe 2 nyje bust.

G1  synon skenarët e konsumatorëve në shtëpi: 1.32 m i gjatë, peshon 35 kg. Versioni standard ka 23 DOF, ndërsa versioni EDU ofron 23–43 DOF. Lidhja e tij e poshtme e këmbës përdor një modul të integruar katër-në-një 'motor + reduktues planetar me dy faza + kodues + shofer', me një çift rrotullues maksimal të kyçit të gjurit prej  90 N·m  dhe një ngarkesë maksimale të krahut prej 2 kg. Veçanërisht, Unitree ka arritur një normë lokalizimi prej mbi 90%, me motorë, reduktues, kontrollues, kodues dhe përbërës të tjerë thelbësorë të gjithë të zhvilluar vetë, duke lejuar që versioni bazë i G1 të ketë një çmim deri në 85,000 RMB.

Xiaomi CyberGear: 'Actuary' i integruar i miniaturizuar

CyberGear i Xiaomi merr një rrugë krejtësisht të ndryshme—ai paketon një servo motor, reduktues harmonik, kodues të dyfishtë dhe një drejtues në një trup të vogël që peshon vetëm  317 gram , duke arritur 'madhësi të vogël, integrim të madh'.

Parametrat teknikë: motori CyberGear ka një çift rrotullues maksimal prej vetëm  3 N·m  , por mund të përgjigjet me shpejtësi deri në  20 milisekonda . Ai është i përshtatshëm për skenarë me peshë të lehtë si krahët robotikë të desktopit dhe nyjet e vogla të robotëve. Motori përdor një strehë alumini të zi të anodizuar për shpërndarje më të mirë të nxehtësisë, përfshin një sistem të vetë-zhvilluar të zbulimit të temperaturës dhe algoritme mbrojtëse, dhe vjen standard me një lidhës XT30 dhe dizajn me çlirim të shpejtë. Ai shitet në dyqanin online të Xiaomi për vetëm  499 RMB , duke e bërë atë 'portierin e çmimeve' për modulet e bashkimit të robotëve të nivelit fillestar.

Megjithëse çift rrotullimi i tij maksimal prej 3 N·m është shumë më i ulët se ai i zgjidhjeve me çift rrotullues të madh të Optimus dhe Unitree, duke pasur parasysh peshën e tij prej vetëm 317 gram dhe dizajnin e tij 'lirim i shpejtë + i integruar', ai është më se i mjaftueshëm për skenarët e konsumatorit (robotët e vegjël në shtëpi, robotët edukativë). Ai ndjek një strategji 'mjaft të mirë'—duke u mundësuar prodhuesve të vegjël dhe të mesëm të luajnë gjithashtu në hapësirën e robotikës.

Seria Zhiyuan Robotics Expedition: Pursuing 'Ultimate Burst Power'

Seria Zhiyuan Expedition është veçanërisht agresive në performancën motorike. Roboti Expedition A2 Max jep një çift rrotullues maksimal prej  450 N·m , aktualisht një nga shifrat më të larta të çift rrotullimit të disponueshëm publikisht. Motori i tij i vetë-zhvilluar PowerFlow miraton një rrugë teknologjike pothuajse të drejtpërdrejtë - diku midis lëvizjes direkte dhe motorëve tradicionalë - duke dhënë një çift rrotullues maksimal që kalon 350 N·m ndërsa peshon vetëm 1.6 kg, dhe gjithashtu përfshin një sistem ftohjeje të lëngshme, ndjeshmërinë e kontrollit të forcës balancuese dhe kapacitetin e ngarkesës së vazhdueshme. Aktualisht, Zhiyuan ka nisur një bazë industriale në Chengdu dhe produkte të tilla si Expedition A3, A2 dhe Lingxi X2 kanë arritur prodhim masiv.

Për krahasim intuitiv, parametrat kryesorë të modeleve kryesore të mësipërme janë përmbledhur në tabelën e mëposhtme:

Nga tabela e mësipërme, është e qartë se motorët e rrotullimit të robotëve pa kornizë janë bërë pothuajse standarde në skenarë me ngarkesë të rëndë si nyjet e ijeve, gjurit dhe shpatullave, ndërsa motorët më të saktë të kupave të zbrazëta përdoren në fund të duarve - të vetmet dallime qëndrojnë në  kombinimin e llojit të motorit dhe parametrave të performancës . Drejtimi është konsistent.

III. 'Hartëzimi' ndërmjet motorëve dhe robotëve të plotë

Pra, cilët prodhues motorësh në rrjedhën e sipërme po mbështesin këto produkte të njohura robotësh humanoidë? Ndërsa prodhimi masiv rritet, një numër furnizuesish vendas dhe ndërkombëtarë janë të lidhur thellësisht me prodhuesit e plotë të robotëve, duke zënë pozicione kyçe.

·  Zinxhiri i furnizimit të Tesla-s : Teknologjia e Inovacionit mban një pozicion udhëheqës në lidhjet e integruara të kontrollit të makinës dhe produktet e kontrollit të lëvizjes të Leadshine kanë hyrë gjithashtu në zinxhirin e furnizimit të Teslës. Për më tepër, motorët me çift rrotullues pa kornizë të Wolong Electric Drive kanë hyrë me sukses në zinxhirët e furnizimit të robotëve të zakonshëm vendas si Unitree dhe Zhiyuan, duke u lidhur indirekt me Tesla, me një pjesë të tregut vendas prej rreth 25%.

·  Unitree  është një lojtar me një shkallë lokalizimi jashtëzakonisht të lartë; motorët e tij, tabelat e lëvizjes dhe algoritmet e kontrollit të lëvizjes janë kryesisht të zhvilluara vetë. Nga perspektiva e zinxhirit të furnizimit, reduktuesit harmonikë të Leaderdrive dhe motorët e rrotullimit pa kornizë të Haozhi Electromechanical, ndër të tjera, furnizojnë Unitree.

· Motori  CyberGear i Xiaomi  nuk mbështetet te furnizuesit e jashtëm të motorëve, por prishjet zbulojnë se ai integron koduesin magnetik të ams OSRAM dhe MCU-në kryesore të kontrollit të GigaDevice. Ndërkohë, Inovance Technology furnizon edhe Xiaomi-n.

·  Zhiyuan  ka një numër furnizuesish të lidhur thellësisht me të. Wolong Electric Drive jo vetëm që ka hyrë në zinxhirin e furnizimit të Zhiyuan përmes një lidhjeje të dyfishtë 'industri + kapital', por gjithashtu mban në mënyrë indirekte aksione në Zhiyuan. Liderë të tjerë vendas që furnizojnë sisteme servo dhe motorë çift rrotullues pa kornizë përfshijnë Inovance Technology, STEP Electric dhe Veichi Electric.

Në përgjithësi,  fusha e motorit të çift rrotullues pa kornizë është duke dëshmuar një përshpejtim të lokalizimit . Në tregun e nivelit të lartë, markat ndërkombëtare si Kollmorgen dhe MOOG ende zënë vendin e lartë teknologjik, por për sa i përket prodhimit masiv, kontrollit të kostos dhe shërbimeve të personalizuara, lojtarët vendas si Inovance, Wolong dhe STEP po rriten me shpejtësi.

IV. Kërkesat për 'muskul' të nivelit më të lartë: kodues dhe nyje me precizion të lartë

Motorët zgjidhin problemin e fuqisë dalëse, por për të arritur pozicionimin mjaftueshëm të saktë të nyjeve, reagimin e imët të forcës dhe kontrollin e lëvizjes së qetë, kërkohet një komponent tjetër kyç -  koduesi.

Enkoderi vepron si 'sistemi nervor' i robotit, përgjegjës për reagimet në kohë reale të informacionit të pozicionit, shpejtësisë dhe këndit. Në robotët humanoidë, zgjidhja e  koduesit të dyfishtë  është bërë e zakonshme: një kodues është instaluar në anën e motorit, tjetri në anën e daljes dhe diferenca këndore midis tyre krahasohet me çift rrotullues dhe pozicionin e kalibrit. Në nyjet me ngarkesë të rëndë (të tilla si ijet dhe gjuri), koduesi përcakton se sa saktë roboti mund të kontrollojë ecjen dhe forcën; në operacionet me dorë të imët, saktësia e koduesit është një variabël kritik i matur në milimetra.

V. SDM: Një yll në zhvillim në motorët e rrotullimit të rrotullimit të robotëve vendas dhe koduesit magnetikë

Në sfondin e përshpejtimit të lokalizimit, një kompani nga Hangzhou — SDM — po futet gradualisht në thelbin e zinxhirit të industrisë së robotëve humanoidë me matricën e produktit me dy rrota të 'motorëve rrotullues pa kornizë robotësh + koduesit magnetikë'.

Përparësitë e diferencuara të SDM në motorët me çift rrotullues pa kornizë reflektohen kryesisht në tre aspekte:

1. Aftësia e projektimit të motorit të zhvilluar plotësisht . Motorët me çift rrotullues pa kornizë të SDM mbështesin reagimin me shpejtësi të lartë dhe kontrollin me rrotullim të mbyllur në kohë reale, duke përdorur materiale aliazhi të nivelit të aviacionit dhe magnet të produktit me energji të lartë magnetike, duke përmirësuar ndjeshëm densitetin e çift rrotullues dhe rezistencën ndaj goditjes. Duke synuar nevojat e diferencuara të nyjeve të ndryshme të robotëve (ijë/gju/sup), SDM ka lançuar linja të shumta prodhimi motorësh me çift rrotullues maksimal që mbulon 50 Nm deri në mbi 200 Nm, duke u përshtatur në mënyrë fleksibël me aplikacionet që variojnë nga shërbimi i lehtë tregtar deri tek ngarkesa e rëndë industriale.

2. Teknologjia bazë në koduesit magnetikë . Koduesit magnetikë absolut me shumë rrotullime dhe koduesit magnetikë me një kthesë të zhvilluar vetë nga SDM përputhen me zgjidhjet kryesore ndërkombëtare në saktësinë, qëndrueshmërinë dhe aftësinë kundër ndërhyrjeve. Duke përdorur sensorë magnetorezistues me precizion të lartë dhe teknologjinë e unazave magnetike me shumë pol, koduesit magnetikë të SDM arrijnë rezolucionin pozicional më të mirë se 18 bit, ndërkohë që optimizojnë ndjeshëm karakteristikat anti-dridhje dhe temperaturë të lartë/të ulët. Kjo aftësi e integruar 'motor + kodues' lejon prodhuesit e plotë të robotëve të arrijnë  zgjedhjen e zgjidhjeve të përbashkëta me një ndalesë , duke përmirësuar ndjeshëm efikasitetin e zhvillimit dhe integrimin e sistemit.

3. I rrënjosur në grupin industrial të 'Gjashtë Dragonët e Vogël Hangzhou' . SDM ndodhet në Hangzhou dhe në rajonin e deltës së lumit Yangtze, i cili pret përqendrimin më të dendur të Kinës të burimeve të komponentëve të robotëve, duke mbuluar reduktuesit, kushinetat, sensorët dhe pjesë të tjera kyçe. Duke përfituar nga promovimi i vazhdueshëm i politikave të zhvillimit të industrisë së robotëve humanoidë të Provincës Zhejiang, SDM po shtrihet gradualisht nga furnizimi me një komponent në zgjidhjet e plota të moduleve të përbashkëta.

Ndërsa robotët humanoidë kalojnë nga faza laboratorike në  'epokën e prodhimit masiv' , konkurrenca midis furnizuesve të motorëve dhe koduesve në rrjedhën e sipërme po përmirësohet nga 'efektshmëria e kostos' në një betejë të dyfishtë të 'performancë + besueshmëri'. SDM, duke shfrytëzuar avantazhet e zinxhirit industrial të saj lokal Hangzhou dhe aftësitë e tij të vetë-zhvilluara motorike dhe koduese magnetike, po bëhet një forcë e domosdoshme në 'burimin e energjisë' të robotëve humanoidë të prodhuar në vend.