1. Členění a rozdělení hodnot humanoidních robotů
1. Demontáž humanoidního robota
Na prvním Tesla AI Day v srpnu 2021 vydala Tesla koncepční výkres svého prvního humanoidního robota „Optimus“. Humanoidní robot je 5 stop 8 palců vysoký, váží 125 liber a má nosnost 45 liber a nosnost mrtvého tahu 150 liber, které budou řízeny pomocí inteligentních algoritmů podobných těm, které se používají v elektrických vozidlech. Prototyp bude spuštěn v únoru 2022 a nová generace téměř kompletního humanoidního robota bude odhalena na Dni umělé inteligence 30. září 2022. Bude představen na Světové konferenci o umělé inteligenci v červenci 2023.
Nejnovější generace Optimus vydaná Teslou má 28 kloubů (14 rotačních pohonů + 14 lineárních pohonů) v mechanické části těla a 2 šikovné ruce mají celkem 12 kloubů (6 pohonů * 2). Šikovné ruce humanoidního robota Tesla jsou navrženy tak, aby napodobovaly lidské ruce a měly adaptivní uchopovací schopnosti. Struktura ruky má pět prstů a více kloubů. Palec používá dva motory k pohonu ohýbání a bočního kývání a další čtyři prsty mají každý jeden motor. Má celkem 6 aktuátorů, 11 stupňů volnosti, zátěž 20 liber, schopnost přizpůsobit se úhlu uchopení, možnost používat nástroje a přesně uchopovat malé předměty. 28 aktuátorů na humanoidním robotu Tesla je rozmístěno na ramena (6), lokty (2), zápěstí (6), trup (2), kyčle (6), kolena (2 ks), kotník (4 ks).
Řešení otočného kloubu Tesla Optimus: bezrámový motor + harmonický reduktor + snímač momentu + snímač polohy + ložiska (kuličková ložiska s kosoúhlým stykem + zkřížená válečková ložiska) + enkodér. Tesla současně předvedla své produktové portfolio aktuátorů, které zahrnuje tři rotační reduktory s různými kroutícími momenty, respektive 20Nm/110Nm/180Nm. Rozložení na celé tělo: 6 na ramena, 2 na zápěstí, 4 na boky a 2 na trup.
Řešení lineárního kloubu Tesla Optimus: bezrámový motor + šroub s planetovým válečkem + snímač točivého momentu + snímač polohy + ložisko. Tesla současně předvedla své produktové portfolio pohonů, které zahrnuje tři lineární pohony s různými kroutícími momenty, s kroutícími momenty 500N/3900N/8000N. Rozložení celého těla: 2 lokty, 4 zápěstí, 2 kyčle, 2 kolena a 4 kotníky.
2. Rozdělení hodnot hlavních částí humanoidních robotů
Pokud jde o Tesla Optimus, hodnota humanoidního robota je distribuována hlavně v systému FSD, čipu AI, aktuátoru a obratné kostře končetiny ruky: Čip FSD/AI: Základní konkurenceschopnost společnosti Tesla, hodnota jednoho stroje je asi 50,{ {1}} juanů a náklady představující přibližně 26,5 %; Rotační pohon: montážní produkty budou dodány třetími stranami, včetně harmonických reduktorů (nebo nových harmonických reduktorů), bezrámových momentových motorů, snímačů točivého momentu, kodérů, ložisek a dalších hlavních dílů, náklady představují asi 23 %; lineární pohon: montážní produkt bude dodán třetí stranou, včetně planetového válečkového šroubu, bezrámového momentového motoru, snímače točivého momentu, kodéru, ložiska a dalších hlavních dílů, náklady představují asi 28%; šikovná ruka: včetně bezjádrového motoru, planetové převodovky, snímače, kuličkového šroubu atd., což představuje přibližně 7 % nákladů; kostra končetin: mechanické konstrukční díly, představující přibližně 13 % nákladů. Mezi nemontážní díly dodávané třetími stranami patří bezrámové momentové motory (14,84 %), planetové válečkové šrouby (14,84 %), harmonické redukce (7,42 %), snímače momentu (7,42 %), kodéry (4,45 %), bezjádrové motory ( 3,82 %) tvoří větší podíl. 2. Analýza hlavních vazeb humanoidních robotů
1. Reduktor: Technické bariéry jsou vysoké, domácí substituce se zrychluje
Robotické redukce se dělí hlavně do dvou kategorií: RV redukce a harmonické redukce. Harmonický reduktor má výhody velkého jednostupňového převodového poměru, malé velikosti, nízké hmotnosti a vysoké přesnosti pohybu. Může normálně pracovat ve stísněných prostorech a podmínkách střední radiace a je vhodnější pro přesná zpomalovací pole s nízkou zátěží, jako jsou humanoidní roboti atd. Ve srovnání s harmonickými reduktory mají redukce RV výhody velkého rozsahu převodového poměru, relativně stabilní přesnosti, vysoké únavové pevnosti atd., jakož i vyšší tuhosti a únosnosti točivého momentu. Jsou vhodné především pro vysoce zatěžované díly, jako jsou ramena robotů a základny strojů. .
Problémy harmonických reduktorů spočívají především v designu zubů, materiálech, zpracovatelském zařízení, technologii a konzistenci. Technické potíže konkrétně zahrnují: Konstrukce tvaru zubu: Protože principem převodu harmonického reduktoru je záběrový pohyb mezi dvěma ozubenými koly a flexspline se neustále deformuje, výška, šířka, tvar a další konstrukce ozubených kol mají větší vliv na zpomalovací výkon. Vliv. Materiál: Flexspline se nepřetržitě deformuje a přenáší krouticí moment, což představuje velkou výzvu pro konzistenci, zatížení, přesnost a únavovou životnost materiálu. Obyčejné kovy a slitiny je obtížné splnit požadavky. Zařízení pro zpracování: Flexspline je velmi tenký, s tloušťkou asi 100 μm. Požadavky na zpracování a řezání jsou vysoké. Vysoce přesné CNC brusky a odvalovací stroje na ozubení je třeba dovážet a japonské vysoce přesné obráběcí stroje mají v mé zemi omezení. Technologie zpracování: Zpracování a řezání ohebných drážek jsou velmi náročné a některé procesy stále spoléhají na akumulaci zkušeností zaměstnanců. Konzistence: Ve velkosériové výrobě je velmi obtížné snížit poruchovost a udržet konzistenci produktu. Ve srovnání s harmonickými reduktory mají RV redukce složitější strukturu a mají přísnější požadavky na přesnost a technologii zpracování. Technické potíže jsou konkrétně: Přesnost zpracování: Struktura je složitá. Ve skutečných pracovních podmínkách musí být reduktor RV opakovaně a přesně umístěn, což je ekvivalentní nepřetržitému startování a brzdění, aby byla zachována přesnost bez útlumu. Pokud je přesnost nízká, způsobí opotřebení výrobku. Technologie zpracování: Úzká spolupráce různých procesů, včetně tepelného zpracování povrchu zubů, přesnosti zpracování, symetrie dílů, technologie seskupování a přesnosti montáže. Tolerance konečné montáže těchto procesů způsobí opotřebení a životnost produktu. Konzistence: Vzhledem k tomu, že jde o přesné součásti, není pro jediný produkt obtížné dosáhnout vysokého výkonu, ale pro velkosériově vyráběné produkty je velkou výzvou splnit standardní výkon.
Očekává se prolomení dovozního monopolu reduktorů a probíhá domácí nahrazování. Globální trh robotických reduktorů je vysoce koncentrovaný, přičemž většinu podílu na trhu zaujímají japonští výrobci. V roce 2021 obsadila společnost Nabtesco 53 % čínského podílu na trhu s reduktory RV a Hamon Naco obsadila 35,5 % podílu na čínském trhu s harmonickými reduktory. Čína však nyní považuje průlomy v klíčových klíčových technologiích robotů za důležitý projekt a domácí výrobci překonali některé problémy s klíčovými základními součástmi, jako jsou redukce, ovladače a servosystémy. Objem vývozu čínských reduktorů pro obytné vozy vykazoval celkově rostoucí trend, zatímco objem dovozu obecně vykazoval klesající tendenci. Objevil se trend lokalizace reduktorů RV. V posledních letech se domácí výrobci harmonických postupně dostávali do dodavatelského řetězce navazujících zákazníků a tržní podíl čínských značek rok od roku rostl. Jednotková cena dovážených přesných reduktorů, jako jsou produkty japonské společnosti Hamonoko Company, se obvykle pohybuje mezi 3,000 a 4,000 juany. Jednotková cena tuzemských přesných reduktorů je 30 % až 50 % ceny, což má cenovou výhodu.
2. Vodicí šroub: Technické bariéry jsou velmi vysoké a je zde velký prostor pro domácí substituci.
Šroub je ideální produkt pro přeměnu rotačního pohybu na lineární pohyb, nebo převod lineárního pohybu na rotační pohyb. Mezi běžné šroubové produkty patří posuvné šrouby, kuličkové šrouby, šrouby s planetovými válečky atd. Kulový šroub je běžně používaný převodový prvek v průmyslových přesných strojích. Jeho hlavní struktura obsahuje tři části: kuličkový šroub, kuličkovou matici a kuličku. Hlavním principem převodu je převést rotační pohyb na lineární pohyb a převést kluzné tření na valivé tření. Když se šroub otáčí vzhledem k matici, rotační povrch šroubu tlačí matici k axiálnímu pohybu skrz cyklické odvalování kuliček, čímž rotaci mění na lineární pohyb; odvalování kuliček způsobuje změnu kluzného tření mezi šroubem a maticí na kluzné tření mezi kuličkami, šroubem a maticí. Valivé tření mezi nimi přechází v klouzání ve valivé, což výrazně zlepšuje účinnost převodu. Šrouby s planetovými válečky jsou vysoce přesnou větví nové generace závitových šroubů se silným komplexním výkonem a širokými aplikačními vyhlídkami. Planetový válečkový šroub generuje liniové kontaktní valivé tření prostřednictvím zabírajících válečků, což značně zvyšuje kontaktní povrch a povrch napětí během procesu přenosu šroubu. Ve srovnání s předchozími kuličkovými šrouby používanými pro přesný převod se účinnost přenosu výrazně neztrácí. Zároveň se vyznačuje vysokou rychlostí, vysokou zátěží, vysokou tuhostí, velkým rozsahem olova, menšími rozměry, nižší hlučností a snadnější údržbou a demontáží. Používá se v globálních vysoce přesných oblastech, jako je letectví, zbraně a vybavení a jaderná energetika. Má také rozsáhlé aplikační potřeby v civilních scénářích, jako jsou obráběcí stroje, automobilové systémy ABS a petrochemický průmysl.
Kuličkové šrouby: Kuličkové šrouby byly vynalezeny v roce 1874. Ve 30. letech 20. století společnost General Motors ve Spojených státech poprvé použila součásti kuličkových šroubů v zařízeních řízení automobilů. Ve 40. letech 20. století byly páry kuličkových šroubů poprvé použity na CNC obráběcích strojích. , a stal se ideálním posuvným prvkem pro CNC obráběcí stroje; s rozvojem obráběcích strojů a automatizačních zařízení byl podpořen výzkum a výroba párů kuličkových šroubů. V 50. letech se v průmyslově vyspělých zemích začalo objevovat mnoho výrobců kuličkových šroubů, např. britský ROTAX, japonský NSK aj. Vývoj párů kuličkových šroubů pro CNC obráběcí stroje u nás začal v 50. letech 20. století. V roce 1964 moje země sama navrhla a vyvinula první sadu párů kuličkových šroubů. Od roku 2009, kdy země zahájila související projekty, dosáhly domácí společnosti jako Hanjiang Machine Tool a Shandong Bote Seiko a další mnoha vynikajících výsledků, ale v současné době má moje země stále prostor pro zlepšení v oblasti vysoce výkonných produktů ve srovnání s vyspělými světovými společnostmi. . Na domácím trhu je trh s kuličkovými šrouby střední až vyšší třídy obsazený především německými a japonskými společnostmi, jako je THK, mezinárodní společnosti jako NSK a Rexroth mohou zaujímat 90 % podílu na trhu špičkové třídy. , zatímco společnosti z pevninské Číny jsou aktivní hlavně na trhu střední třídy, což představuje asi 30 % podílu na trhu. Hlavním důvodem je, že podniky v naší zemi jsou malé, začaly pozdě a nemohou dosáhnout vysoké úrovně přesnosti v kvalitě výrobků.
Planetový válečkový šroub: V roce 1942 švédský Carl Bruno Strandgren poprvé požádal o patent na recirkulační planetový válečkový šroub. V roce 1954 požádal o patent na standardní a reverzní planetový válečkový šroub. V roce 1986 William J. Roantree vynalezl diferenciální planetový válečkový šroub a poté Oliver Saari vynalezl planetový válečkový šroub ložiskového kroužku. V roce 1970 začala švýcarská společnost Rollvis vyvíjet šrouby s planetovými válečky. Švédská SKF také vyvinula šrouby s planetovými válečky. Moog ve Spojených státech, Ortlieb v Německu a Power Jacks ve Spojeném království mají své vlastní vyzrálé planetové válečkové šrouby. Produkty; Exlar ze Spojených států a Rexroth z Německa používají ve svých příslušných elektromechanických pohonech šrouby s planetovými válečky. V roce 2022 budou japonské a evropské společnosti vyrábějící válečkové šrouby tvořit až 90 % čínského trhu. Podle údajů z Guanyan Report Network jsou čtyři největší výrobci na trhu s planetovými válečkovými šrouby v mé zemi v roce 2022 Rollvis (Švýcarsko), GSA (Švýcarsko), Ewellix (Švédsko) a Rexroth (Německo) s podíly na trhu 27 %. , 26 %, 13 %, 12 %. Vzhledem k tomu, že čínské podniky začaly v tomto odvětví pozdě, jejich konkurenční síla výrazně zaostává za konkurenční silou podniků v zahraničních průmyslově vyspělých zemích.