Zašto humanoidni roboti otvaraju novi plavi ocean za aplikacije motora bez jezgre

 

Humanoidni roboti, kao izvrsni predstavnici robota opće namjene i idealni nositelji "utjelovljene inteligencije", profitiraju s jedne strane od brzog razvoja opće umjetne inteligencije, as druge strane postajući most između AI i stvarnog svijeta s "utjelovljena inteligencija", koja se postupno razvija u terminalnu platformu za sljedeću generaciju opće umjetne inteligencije. U zadacima robota, veliki modeli umjetne inteligencije preuzimaju ključne uloge u razmišljanju i donošenju odluka, pretvarajući složene upute u izvršne korake za robote analizom naredbi prirodnog jezika. Štoviše, dodavanje multimodalnih AI velikih modela značajno poboljšava točnost i učinkovitost razmišljanja i donošenja odluka, pružajući važnu podršku humanoidnim robotima da napreduju prema generalizaciji.

 

 

Brzi razvoj industrije robotike oslanja se na inovacije u tehnologijama ključnih komponenti i stabilnost njihove opskrbe. U humanoidnim robotima, reduktor, servo sustav i kontroler smatraju se trima ključnim komponentama, koje zajedno čine više od 70% ukupnih troškova. Osim toga, kao ključne komponente, vrijednost motora ne može se zanemariti. U humanoidnim robotima kao što je Optimus, trošak motora čini otprilike 25% ukupne vrijednosti komponente.

 

Pod pretpostavkom da će globalna isporuka humanoidnih robota dosegnuti 5 milijuna jedinica u sljedećem desetljeću, potražnja za motorima bez jezgre (bez željeznih jezgri) doživjet će ogroman rast tržišta tijekom ovog razdoblja. Na temelju jediničnih cijena, povećanje tržišta za motore bez jezgre moglo bi doseći 350 milijardi RMB, dok se očekuje da će inkrementalno tržište za motore bez jezgre premašiti 78 milijardi RMB. Zajedno će ovo dvoje činiti ogroman tržišni prostor od 428 milijardi RMB.

 

 

Za razliku od industrijskih robota koji se koriste u fiksnim radnim okruženjima, humanoidni roboti prvenstveno služe ljudskim svakodnevnim životnim scenarijima. Ovi roboti ne trebaju samo sposobnosti percepcije, donošenja odluka i djelovanja, već također trebaju simulirati obrasce ljudskog ponašanja kako bi komunicirali s okolinom i korisnicima na prirodniji način. Stoga motori, kao ključne komponente zglobnih pokretača, izravno utječu na fleksibilnost, preciznost i stabilnost robota.

 

Među raznim pogonskim tehnologijama, elektromotorni pogon ima značajne prednosti u odnosu na hidraulički pogon. Rješenje pogona s električnim motorom koristi naprednu tehnologiju upravljanja kretanjem, pružajući povratnu informaciju o statusu kretanja u stvarnom vremenu putem visokopreciznih enkodera kako bi se osigurala precizna kontrola. Istovremeno, trošak elektromotornih pogonskih sustava niži je u usporedbi s hidrauličkim sustavima, uz manje potrebno održavanje. Ova isplativa karakteristika čini pogon elektromotora jednim od glavnih izbora za razvoj humanoidnih robota.

 

Među njima, motori bez jezgre, sa svojom laganom, visokom učinkovitošću i niskom inercijom, postali su ključne komponente u poboljšanju performansi humanoidnog robota.Motori bez jezgre mogu pružiti veću gustoću snage i veće brzine odziva u malim količinama, omogućujući robotima da pokažu vrhunske performanse u kontroli zglobova s ​​više stupnjeva slobode. Osim toga, motori bez jezgre imaju manju potrošnju energije, što pomaže robotima u postizanju duljeg vijeka trajanja baterije.

 

1.1 Humanoidni roboti koji se integriraju u svakodnevni život, pokazujući nacionalnu tehnološku snagu

Humanoidni roboti postupno su postali pouzdani pomoćnici u svakodnevnom ljudskom životu, sposobni pomoći u raznim složenim zadacima. Za razliku od industrijskih robota, koji obično rade u fiksnim okruženjima, humanoidni roboti dizajnirani su za integraciju u svakodnevno okruženje ljudi. Ovi roboti ne samo da posjeduju temeljne sposobnosti kao što su percepcija, donošenje odluka i radnje, već također imaju karakteristike pokreta poput ljudskih i dizajne prijateljskog izgleda, zbog čega ih ljudi lakše prihvaćaju i stvaraju osjećaj bliskosti. Fleksibilnim prilagođavanjem različitim okruženjima, humanoidni roboti pokazuju ogroman potencijal primjene u područjima kao što su dom, usluge i zdravstvena njega.

 

Kao napredni inteligentni uređaji, humanoidni roboti smatraju se simbolima nacionalne tehnološke snage. Njihov razvoj zahtijeva prevladavanje tehnoloških prepreka u više disciplina, uključujući strojarstvo, elektrotehniku, znanost o materijalima, senzorsku tehnologiju, sustave upravljanja i umjetnu inteligenciju. Sa značajkama izgleda poput ljudskog, mogućnostima dvonožnog hodanja i visoko koordiniranim tehnologijama kontrole pokreta, humanoidni roboti mogu obavljati fizičke zadatke i komunicirati s ljudima putem jezika ili izraza lica. U usporedbi s tradicionalnim robotima, humanoidni roboti pokazuju značajne prednosti u interakciji čovjeka i stroja, prilagodbi okolišu i svestranosti zadataka.

 

 

1.2 Razvoj humanoidnih robota: od koncepta do industrijalizacije

Koncept robota postoji više od jednog stoljeća, a istraživanje humanoidnih robota započelo je sredinom-20. stoljeća, prolazeći kroz dug razvojni proces od laboratorijskih prototipova do ranih faza industrijalizacije. Najranija upotreba izraza "robot" dolazi iz drame češkog pisca Karela Čapeka RUR (Rossumovi univerzalni roboti), što znači robovi strojevi koji služe čovječanstvu. Masovna proizvodnja industrijskih robota započela je šezdesetih godina prošlog stoljeća, s robotskom rukom "UNIMATE" koju je lansirala američka tvrtka Unimation, čime je započela era komercijalnih industrijskih robota.

 

Istraživanje i razvoj humanoidnih robota započelo je u Japanu i postupno je ušlo u faze sistematizacije i visoke dinamike:

 

Rana faza istraživanja (oko 1970-ih): Godine 1973. profesor Ichiro Kato sa Sveučilišta Waseda u Japanu razvio je prvog humanoidnog robota na svijetu, WABOT-1, a njegov dvonožni hodajući mehanizam WL-5 postavio je temelje za humanoid roboti.

 

Stadij tehnološke integracije (1980-1990): Godine 1986. Honda je započela s istraživanjem humanoidnog robota ASIMO, a 2000. prva generacija modela ASIMO je objavljena, označavajući ulazak humanoidnih robota u visoko integriranu tehnološku fazu.

 

Dinamička izvedba Breakthrough Stage (2000-2020): 2016. Boston Dynamics iz Sjedinjenih Američkih Država izdao je dvonožnog robota Atlas, koji je svojom snažnom sposobnošću balansiranja i performansama u prelaženju prepreka dosegnuo nove visine u dinamičkom kretanju i izvršavanju zadataka u opasna okruženja.

 

Faza rane industrijalizacije (2020-danas): Godine 2022. Tesla je lansirao prototip humanoidnog robota Optimus, prikazujući visoko integriranu umjetnu inteligenciju i tehnologiju motornog pogona na Tesla AI Day-u. Verzija Optimusa iz 2023. sposobna je za klasifikaciju objekata i precizno balansiranje, signalizirajući da se humanoidni roboti postupno kreću prema praktičnoj primjeni.

 

1.3 Duboka integracija humanoidnih robota i motorne tehnologije

Kontinuirana evolucija humanoidnih robota neodvojiva je od podrške motorne tehnologije. Kao ključna komponenta zglobnih pogona robota, motori ne samo da određuju performanse kretanja robota, već također utječu na njegovu fleksibilnost i izdržljivost. Sa svojom visokom preciznošću, niskom potrošnjom energije i pouzdanošću, motorni pogoni postupno su postali najčešće korišteno energetsko rješenje za humanoidne robote. U međuvremenu, motori bez jezgre, s prednostima poput male težine, visoke učinkovitosti i male inercije, pružaju ključnu tehnološku podršku za brzi razvoj humanoidnih robota.

 

U budućnosti, s daljnjim napretkom u tehnologiji, humanoidni roboti će se sve više koristiti u različitim životnim scenarijima, ubrizgavajući novu vitalnost u globalni ekonomski i društveni razvoj. Ovo tržište motora, posebno tržište motora bez jezgre, čini novim i dugo očekivanim plavim oceanom.

 

1.4 Struktura humanoidnog robota: Analiza ključnih komponenti

Ključna struktura humanoidnih robota može se podijeliti u tri glavna modula: aktuatore, kontrolere i senzore. Glavne komponente poput motora, reduktora i senzora određuju izvedbu robota. Ispod je detaljna analiza ovih komponenti:

 

1.4.1 Motor

Motor je srž izvođenja pokreta humanoidnog robota, uključujući servo motore, koračne motore, momentne motore i sferne motore, među ostalima. Među njima, momentni motori se smatraju idealnim za zglobove humanoidnih robota sa zahtjevima male brzine, visokog momenta zbog njihove sposobnosti da daju veliki moment pri srednjim i malim brzinama. Međutim, njihove poteškoće u istraživanju i proizvodnji su relativno velike, što zahtijeva prodor u tehnološka uska grla.

 

1.4.2 Reduktor

Harmonijski reduktori nadaleko su poznati po svojoj kompaktnoj strukturi, visokom omjeru prijenosa i vrhunskoj preciznosti, što ih čini čestim izborom za komponente zglobova robota. Međutim, njihova trajnost i životni vijek još uvijek ima prostora za poboljšanje.

 

1.4.3 Senzor

Senzori igraju ključnu ulogu u robotima, posebice senzori zakretnog momenta, koji su bitan dio dizajna zglobova. Ovi senzori, u kombinaciji s motorima i reduktorima, tvore zajednički sklop i pružaju preciznu kontrolu kretanja i povratnu informaciju o sili.

 

1.4.4 Metoda pogona gornjih ekstremiteta

Gornji udovi uglavnom koriste dizajn kugličnog vretena, koji pretvara recipročno gibanje kuglica u linearno gibanje vijače. U usporedbi s remenskim ili lančanim prijenosom, kuglični vijci imaju manje trenja, niže troškove rada i održavanja te veću preciznost.

 

1.4.5 Metoda pogona donjih ekstremiteta

Vijci s planetarnim valjcima, poznati po svojoj otpornosti na utjecaj vanjske sile i dugom radnom vijeku, postali su glavni izbor za pogone donjih udova, posebno prikladni za rješavanje složenih potreba kontrole hoda.

 

1.4.6 Ručni zglob

Ručni zglobovi obično koriste motore bez jezgre. Ovi motori imaju jednostavan dizajn, lagani su i idealne su pogonske komponente za kretanje prstiju, omogućujući finiju kontrolu.

 

Osim toga, izbor ležajeva za linearne i rotacijske spojeve uključuje ležajeve s kutnim kontaktom, ležajeve s križnim valjcima i kuglične ležajeve s dubokim utorima. Ove komponente zajedno osiguravaju malu težinu, preciznost i pouzdanost robota.

 

 

Inteligentne prednosti motornog pogona

U usporedbi s hidrauličkim pogonima, motorni pogoni pokazuju posebno izvanredne inteligentne performanse u upravljanju kretanjem. Na primjer, Teslin humanoidni robot usvaja tehnologiju servo motora s velikom gustoćom okretnog momenta, sa svojom inteligentnom kontrolom kretanja koja daleko nadmašuje tradicionalne hidrauličke sustave. Ovaj dizajn ne samo da omogućuje povratnu informaciju o statusu kretanja u stvarnom vremenu kako bi se osigurala preciznost upravljanja, već i održava troškove relativno niskim, što ga čini prikladnim za velike primjene.

 

Zahtjevi za performanse servo motora

Kao jezgra robotskih aktuatora, servo motori moraju zadovoljiti sljedeće zahtjeve u pogledu performansi:

• Brzi odziv: Servo motori se moraju brzo pokrenuti i zaustaviti kako bi se prilagodili visokodinamičnim okruženjima.
• Visoki omjer startnog momenta i inercije: Servo motori bi trebali osigurati visok startni moment uz zadržavanje male rotacijske inercije.
• Kontinuirana kontrola i linearne karakteristike: Brzina motora treba se kontinuirano prilagođavati promjenama u kontrolnom signalu kako bi se osigurala precizna izvedba.
• Kompaktan dizajn: Servo motori trebaju biti male veličine i lagani kako bi se uklopili u kompaktni prostorni raspored robota.
• Trajnost i sposobnost preopterećenja: Servo motori moraju izdržati česte rotacije naprijed i natrag i operacije ubrzanja/usporavanja, te podnijeti nekoliko puta veće opterećenje od nazivnog za kratko vrijeme.

Ove karakteristike čine servo motore nezamjenjivima u području robotike, postavljajući temelje za veću inteligenciju i stabilnost robota.

 

Nastavite čitati: Srce kretanja robota - odlučujuća uloga motora u preciznosti - 2. dio