1. Поділ і розподіл цінностей гуманоїдних роботів
1. Розбирання робота-гуманоїда
На першому Tesla AI Day у серпні 2021 року компанія Tesla опублікувала концептуальне креслення свого першого гуманоїдного робота «Optimus». Робот-гуманоїд має зріст 5 футів 8 дюймів, важить 125 фунтів, має вантажопідйомність 45 фунтів і здатність станової тяги 150 фунтів, якою керуватимуть розумні алгоритми, подібні до тих, що використовуються в електромобілях. Прототип буде запущено в лютому 2022 року, а нове покоління майже повного гуманоїдного робота буде представлено в День штучного інтелекту 30 вересня 2022 року. Він буде представлений на Всесвітній конференції зі штучного інтелекту в липні 2023 року.
Останнє покоління Optimus, випущене Tesla, має 28 суглобів (14 поворотних приводів + 14 лінійних приводів) у механічній частині корпусу, а 2 спритні руки мають загалом 12 суглобів (6 приводів * 2). Спритні руки гуманоїдного робота Tesla розроблені так, щоб імітувати людські руки, і мають адаптивні можливості хапання. Будова руки складається з п'яти пальців і декількох суглобів. Великий палець використовує подвійні двигуни для згинання та повороту в сторони, а інші чотири пальці мають по одному двигуну. Загалом він має 6 приводів, 11 ступенів свободи, навантаження 20 фунтів, можливість адаптації до кута захоплення, можливість використання інструментів і можливість точного захоплення дрібних предметів. 28 приводів гуманоїдного робота Tesla розподілені на плечах (6), ліктях (2), зап’ястях (6), тулубі (2), стегнах (6), колінах (2 шт.), щиколотках (4 шт.).
Обертове шарнірне рішення Tesla Optimus: безкаркасний двигун + гармонічний редуктор + датчик крутного моменту + датчик положення + підшипники (радіально-упорні кулькові підшипники + перехресні циліндричні роликопідшипники) + кодер. Одночасно Tesla продемонструвала свій портфель приводів, який включає три поворотні редуктори з різними крутними моментами, відповідно 20 Нм/110 Нм/180 Нм. Розподіл по всьому тілу: 6 на плечах, 2 на зап'ястях, 4 на стегнах і 2 на тулубі.
Лінійне з’єднання Tesla Optimus: безкаркасний двигун + планетарний роликовий гвинт + датчик крутного моменту + датчик положення + підшипник. Одночасно Tesla продемонструвала свій портфель приводів, який включає три лінійних приводи з різними крутними моментами, з крутними моментами 500 Н/3900 Н/8000 Н. Розподіл всього тіла: 2 лікті, 4 зап’ястки, 2 стегна, 2 коліна та 4 щиколотки.
2. Значення розподілу основних частин людиноподібних роботів
Стосовно Tesla Optimus, цінність робота-гуманоїда в основному розподіляється в системі FSD, чіпі AI, приводі та спритному скелеті кінцівок рук: чіп FSD/AI: основна конкурентоспроможність Tesla, вартість однієї машини становить приблизно 50,{ {1}} юанів, а собівартість становить приблизно 26,5%; Поворотний привід: продукція для складання буде постачатися третіми сторонами, включаючи гармонічні редуктори (або нові гармонічні редуктори), безкаркасні моментні двигуни, датчики крутного моменту, кодери, підшипники та іншу основну частину, вартість становить близько 23%; лінійний привід: монтажний продукт буде поставлено третьою стороною, включаючи планетарний роликовий гвинт, безкаркасний крутний двигун, датчик крутного моменту, кодер, підшипник та інші основні частини, вартість становить близько 28%; спритна рука: включаючи двигун без сердечника, планетарний редуктор, датчик, кульковий гвинт тощо, що становить приблизно 7% вартості; скелет кінцівок: механічні конструктивні частини, що становить приблизно 13% вартості. Серед нескладальних деталей, що постачаються сторонніми організаціями, безкаркасні моментні двигуни (14,84%), планетарні роликові гвинти (14,84%), гармонічні редуктори (7,42%), датчики моменту (7,42%), кодери (4,45%), безсердечні двигуни ( 3,82%) становлять більшу частку. 2. Аналіз основних ланок людиноподібних роботів
1. Редуктор: технічні бар'єри високі, внутрішня заміна прискорюється
Роботи-редуктори в основному поділяються на дві категорії: редуктори RV і гармонічні редуктори. Гармонічний редуктор має переваги великого одноступінчастого коефіцієнта передачі, невеликого розміру, низької маси та високої точності руху. Він може нормально працювати в обмеженому просторі та в умовах середньої радіації та більше підходить для полів точного уповільнення з невеликим навантаженням, таких як роботи-гуманоїди тощо. Порівняно з гармонічними редукторами, редуктори RV мають переваги великого діапазону передавального числа, відносно стабільної точності, високої втомної міцності тощо, а також більшої жорсткості та несучої здатності крутного моменту. Вони в основному підходять для важких частин, таких як руки роботів і основи машин. .
Труднощі гармонічних редукторів в основному полягають у конструкції зубів, матеріалах, обладнанні для обробки, технології та послідовності. Технічні труднощі зокрема включають: Конструкція форми зубів: оскільки принцип передачі гармонійного редуктора полягає в зачепленні між двома шестернями, а flexspline постійно деформується, висота, ширина, форма та інші конструкції шестерень мають більший вплив на продуктивність уповільнення. Вплив. Матеріал: flexspline безперервно деформується та передає крутний момент, що створює серйозні проблеми для стабільності, навантаження, точності та довговічності матеріалу. Звичайні метали та сплави важко відповідати вимогам. Обладнання для обробки: flexspline дуже тонкий, товщиною близько 100 мкм. Вимоги до обробки та різання високі. Високоточні шліфувальні верстати з ЧПК і зубофрезерні верстати потрібно імпортувати, а японські високоточні верстати мають обмеження щодо моєї країни. Технологія обробки: обробка та різання гнучких шліців дуже вимогливі, і деякі процеси все ще залежать від накопичення досвіду співробітників. Узгодженість: у великомасштабному масовому виробництві дуже важко зменшити кількість дефектів і підтримувати консистенцію продукту. У порівнянні з гармонічними редукторами редуктори РВ мають більш складну конструкцію і пред'являють більш жорсткі вимоги до точності і технології обробки. Технічні труднощі полягають у наступному: Точність обробки: структура складна. У реальних робочих умовах редуктор RV потрібно постійно та точно позиціонувати, що еквівалентно безперервному запуску та гальмуванню для підтримки точності без загасання. Якщо точність низька, це призведе до зносу виробу. Технологія обробки: тісна взаємодія різних процесів, включаючи термічну обробку поверхні зуба, точність обробки, симетрію деталей, технологію групування та точність складання. Допуски остаточного складання цих процесів призведуть до зносу та терміну служби продукту. Узгодженість: як прецизійні компоненти, для окремого продукту неважко досягти високої продуктивності, але для великомасштабних продуктів масового виробництва важко досягти стандартних характеристик.
Очікується, що монополія на імпорт редукторів буде зруйнована, і розпочато вітчизняне заміщення. Глобальний ринок роботів-редукторів дуже концентрований, більшу частину ринку займають японські виробники. У 2021 році Nabtesco займав 53% китайського ринку редукторів для автофургонів, а Hamon Naco займав 35,5% китайського ринку гармонічних редукторів. Проте Китай зараз розглядає прориви в ключових основних технологіях роботів як важливий проект, і вітчизняні виробники подолали деякі проблеми в ключових основних компонентах, таких як редуктори, контролери та сервосистеми. Обсяг експорту редукторів RV з Китаю продемонстрував загальну тенденцію до зростання, тоді як обсяг імпорту загалом показав тенденцію до зниження. Намітився тренд локалізації редукторів RV. Останніми роками вітчизняні виробники гармонік поступово увійшли в ланцюжок постачання кінцевих клієнтів, і частка ринку китайських брендів збільшувалася з року в рік. Ціна за одиницю імпортних точних редукторів, таких як продукція японської компанії Hamonoko, зазвичай становить від 3000 до 4000 юанів. Ціна за одиницю вітчизняних прецизійних редукторів становить від 30% до 50% ціни, що має цінову перевагу.
2. Ходовий гвинт: технічні бар'єри дуже високі, і є багато можливостей для внутрішньої заміни.
Гвинт є ідеальним виробом для перетворення обертового руху в лінійний рух або перетворення лінійного руху в обертальний рух. Звичайні гвинтові гвинти включають гвинти ковзання, кулькові гвинти, планетарні роликові гвинти тощо. Кульковий гвинт є часто використовуваним елементом передачі в промислових точних машинах. Його основна структура включає три частини: кульковий гвинт, кулькову гайку та кульку. Основним принципом передачі є перетворення обертального руху в лінійний рух і перетворення тертя ковзання в тертя кочення. Коли гвинт обертається відносно гайки, обертова поверхня гвинта штовхає гайку до аксіального руху через циклічне кочення кульок, перетворюючи обертання на лінійний рух; кочення кульок призводить до того, що тертя ковзання між гвинтом і гайкою змінюється на тертя ковзання між кульками, гвинтом і гайкою. Тертя кочення між ними перетворює ковзання в кочення, що значно покращує ефективність трансмісії. Планетарні роликові гвинти — це високоточна гілка різьбових гвинтів нового покоління з високою комплексною продуктивністю та широкими перспективами застосування. Планетарний роликовий гвинт створює тертя кочення через контактні ролики, що значно збільшує поверхню контакту та поверхню напруги під час процесу передачі гвинта. Порівняно з попередніми кульковими гвинтами, що використовувалися для точної передачі, ефективність передачі не втрачена суттєво. У той же час він має характеристики високої швидкості, високого навантаження, високої жорсткості, високого діапазону свинцю, меншого розміру, нижчого шуму, а також легшого обслуговування та розбирання. Його використовували в глобальних галузях високої точності, таких як аерокосмічна промисловість, озброєння та обладнання та ядерна енергетика. Він також має широкі потреби в застосуванні в цивільних сценаріях, таких як верстати, автомобільні системи ABS і нафтохімічна промисловість.
Кулькова гвинтова передача: кулькова гвинтова передача була винайдена в 1874 році. У 1930-х роках компанія General Motors Сполучених Штатів вперше застосувала компоненти кулькової гвинтової передачі в автомобільних рульових пристроях. У 1940-х роках кулькові гвинтові пари вперше були використані на верстатах з ЧПК. , і став ідеальним елементом подачі для верстатів з ЧПК; з розвитком верстатів та обладнання для автоматизації, дослідження та виробництво кулькових гвинтових пар сприяли. У 1950-х роках в індустріально розвинених країнах стало з'являтися багато виробників кулькових гвинтів, таких як британська ROTAX, японська NSK та ін. Розробка кулькових гвинтових пар для верстатів з ЧПУ в нашій країні почалася в 1950-х роках. У 1964 році моя країна самостійно розробила та розробила перший набір кулькових гвинтових пар. Відтоді, як у 2009 році країна запустила відповідні проекти, такі вітчизняні компанії, як Hanjiang Machine Tool, Shandong Bote Seiko та інші, досягли багатьох чудових результатів, але наразі моя країна все ще має можливості для вдосконалення високопродуктивної продукції порівняно з передовими світовими компаніями. . На внутрішньому ринку ринок кулькових гвинтів середнього та високого класу в основному зайнятий німецькими та японськими компаніями, такими як THK, міжнародні компанії, такі як NSK і Rexroth, можуть займати 90% частки ринку високого класу. , у той час як компанії материкового Китаю в основному активні на ринку середнього класу, на них припадає близько 30% частки ринку. Основна причина полягає в тому, що підприємства нашої країни невеликі за масштабами, пізно почали роботу і не можуть досягти високого рівня точності якості продукції.
Планетарний роликовий гвинт: у 1942 році швед Карл Бруно Страндгрен вперше подав заявку на патент на рециркуляційний планетарний роликовий гвинт. У 1954 році він подав заявку на патент на стандартний і зворотний планетарний роликовий гвинт. У 1986 році Вільям Дж. Роантрі винайшов диференціальний планетарний роликовий гвинт, а потім Олівер Саарі винайшов планетарний роликовий гвинт кільця підшипника. У 1970 році швейцарська компанія Rollvis почала розробку планетарних роликових гвинтів. Шведська SKF також розробила планетарні роликові гвинти. Moog у Сполучених Штатах, Ortlieb у Німеччині та Power Jacks у Сполученому Королівстві мають власні зрілі планетарні роликові гвинти. продукти; Exlar зі Сполучених Штатів і Rexroth з Німеччини використовують планетарні роликові гвинти у своїх відповідних електромеханічних приводах. У 2022 році на японські та європейські компанії з роликовими гвинтами припадатиме 90% китайського ринку. Згідно з даними Guanyan Report Network, чотирма найбільшими виробниками планетарних роликових гвинтів у 2022 році в моїй країні є Rollvis (Швейцарія), GSA (Швейцарія), Ewellix (Швеція) і Rexroth (Німеччина) з частками ринку 27 %. , 26%, 13%, 12%. Оскільки китайські підприємства пізно розпочали свою діяльність у цій галузі, їхня конкурентоспроможність значно відстає від конкурентоспроможності підприємств іноземних індустріально розвинених країн.