1. Raspodjela i raspodjela vrijednosti humanoidnih robota
1. Rastavljanje humanoidnog robota
Na prvom Teslinom AI Danu u avgustu 2021. godine, Tesla je objavio konceptni crtež svog prvog humanoidnog robota "Optimus". Humanoidni robot je visok 5 stopa 8 inča, težak 125 funti i nosivost od 45 lb i kapacitet mrtvog dizanja od 150 lbs, koji će se kontrolirati putem pametnih algoritama sličnih onima koji se koriste u električnim vozilima. Prototip će biti lansiran u februaru 2022., a nova generacija gotovo kompletnog humanoidnog robota biće predstavljena na Dan AI 30. septembra 2022. Biće predstavljen na Svjetskoj konferenciji o umjetnoj inteligenciji u julu 2023. godine.
Najnovija generacija Optimusa koju je objavio Tesla ima 28 zglobova (14 rotacijskih pokretača + 14 linearnih aktuatora) u mehaničkom dijelu tijela, a 2 spretne ruke imaju ukupno 12 zglobova (6 aktuatora * 2). Spretne ruke Teslinog humanoidnog robota dizajnirane su da oponašaju ljudske ruke i imaju prilagodljive sposobnosti hvatanja. Struktura šake ima pet prstiju i više zglobova. Palac koristi dvostruke motore za pokretanje savijanja i bočnog zamaha, a ostala četiri prsta imaju po jedan motor. Ima ukupno 6 pokretača, 11 stupnjeva slobode, opterećenje od 20 funti, mogućnost prilagođavanja kutu hvatanja, mogućnost korištenja alata i mogućnost preciznog hvatanja malih predmeta. 28 pokretača na Teslinom humanoidnom robotu raspoređeno je na ramena (6), laktove (2), ručne zglobove (6), trup (2), kukove (6), koljena (2 kom), skočne zglobove (4 kom).
Tesla Optimus-ovo rješenje rotirajućih zglobova: motor bez okvira + harmonijski reduktor + senzor momenta + senzor položaja + ležajevi (kuglični ležajevi sa ugaonim kontaktom + ukršteni cilindrični valjkasti ležajevi) + enkoder. Tesla je istovremeno demonstrirao svoj portfolio proizvoda za aktuatore, koji uključuje tri rotirajuća reduktora sa različitim obrtnim momentima, odnosno 20Nm/110Nm/180Nm. Raspodjela po cijelom tijelu: 6 na ramenima, 2 na zglobovima, 4 na bokovima i 2 na trupu.
Tesla Optimusovo linearno rješenje spoja: motor bez okvira + planetarni valjkasti vijak + senzor momenta + senzor položaja + ležaj. Tesla je istovremeno demonstrirao svoj portfolio proizvoda za aktuatore koji uključuje tri linearna aktuatora sa različitim obrtnim momentima, sa obrtnim momentima od 500N/3900N/8000N. Raspodjela cijelog tijela: 2 lakta, 4 zgloba, 2 kuka, 2 koljena i 4 gležnjeva.
2. Distribucija vrijednosti glavnih dijelova humanoidnih robota
Pozivajući se na Teslu Optimusa, vrijednost humanoidnog robota je uglavnom raspoređena u FSD sistemu, AI čipu, aktuatoru i skeletu udova spretne ruke: FSD/AI čip: Teslina osnovna konkurentnost, vrijednost jedne mašine je oko 50,{ {1}} juana, a troškovi obračunavaju oko 26,5%; Rotacioni aktuator: montažne proizvode isporučuju treće strane, uključujući harmonijske reduktore (ili nove reduktore slične harmonici), motore momenta bez okvira, senzore momenta, enkodere, ležajeve i druge glavne dijelove, trošak iznosi oko 23%; linearni aktuator: proizvod za montažu će isporučiti treća strana, uključujući planetarni valjak, motor obrtnog momenta bez okvira, senzor momenta, enkoder, ležaj i druge glavne dijelove, trošak iznosi oko 28%; spretna ruka: uključujući motor bez jezgra, planetarni mjenjač, senzor, kuglični vijak, itd., što čini približno 7% troškova; skelet ekstremiteta: mehanički strukturni dijelovi, koji čine oko 13% troškova. Među nemontažnim dijelovima koje isporučuju treće strane, motori momenta bez okvira (14,84%), planetarni vijci (14,84%), harmonički reduktori (7,42%), senzori momenta (7,42%), enkoderi (4,45%), motori bez jezgre ( 3,82%) čini veći udio. 2. Analiza glavnih karika humanoidnih robota
1. Reduktor: Tehničke barijere su visoke, domaća supstitucija se ubrzava
Robotski reduktori se uglavnom dijele u dvije kategorije: RV reduktori i harmonijski reduktori. Harmonični reduktor ima prednosti velikog jednostepenog prijenosnog omjera, male veličine, male mase i visoke preciznosti kretanja. Može normalno da radi u skučenim prostorima i uslovima srednjeg zračenja, a pogodniji je za polja preciznog usporavanja sa malim opterećenjem, kao što su humanoidni roboti, itd. U poređenju sa harmonijskim reduktorima, RV reduktori imaju prednosti velikog raspona prenosnog omjera, relativno stabilne tačnosti, velike čvrstoće na zamor, itd., kao i veće krutosti i nosivosti obrtnog momenta. Uglavnom su pogodni za delove sa velikim opterećenjem kao što su robotske ruke i baze mašina. .
Poteškoće harmonijskih reduktora uglavnom leže u dizajnu zuba, materijalima, opremi za obradu, tehnologiji i konzistentnosti. Tehničke poteškoće posebno uključuju: Dizajn oblika zupčanika: Budući da je princip prijenosa harmonijskog reduktora mješovito kretanje između dva zupčanika, a flexspline se stalno deformira, visina, širina, oblik i drugi dizajn zupčanika imaju veći utjecaj na performanse usporavanja. Uticaj. Materijal: Flexspline se kontinuirano deformiše i prenosi obrtni moment, što predstavlja veliki izazov za konzistenciju, opterećenje, tačnost i vijek trajanja materijala. Obični metali i legure teško ispunjavaju zahtjeve. Oprema za obradu: Flexspline je vrlo tanak, debljine oko 100 μm. Zahtjevi za obradu i sečenje su visoki. Visoko precizne CNC brusilice i mašine za glodanje zupčanika treba da se uvezu, a japanske visokoprecizne mašine alatke imaju ograničenja u mojoj zemlji. Tehnologija obrade: Obrada i rezanje fleksibilnih uložaka su vrlo zahtjevni, a neki procesi se i dalje oslanjaju na akumulaciju iskustva zaposlenih. Dosljednost: U masovnoj proizvodnji velikih razmjera, vrlo je teško smanjiti stopu neispravnosti i održati konzistentnost proizvoda. U poređenju sa harmonijskim reduktorima, RV reduktori imaju složeniju strukturu i imaju strože zahteve za preciznost obrade i tehnologiju. Tehničke poteškoće su posebno: Preciznost obrade: Struktura je složena. U stvarnim radnim uslovima, RV reduktor treba više puta i precizno pozicionirati, što je ekvivalentno neprekidnom startovanju i kočenju kako bi se održala tačnost bez slabljenja. Ako je tačnost niska, to će uzrokovati habanje proizvoda. Tehnologija obrade: bliska saradnja različitih procesa, uključujući termičku obradu površine zuba, tačnost obrade, simetriju delova, tehnologiju grupisanja i tačnost montaže. Konačne tolerancije montaže ovih procesa će uzrokovati trošenje i vijek trajanja proizvoda. Konzistentnost: Kao precizne komponente, za jedan proizvod nije teško postići visoke performanse, ali je veliki izazov za proizvode velike masovne proizvodnje da zadovolje standardne performanse.
Očekuje se razbijanje uvoznog monopola reduktora, a u toku je domaća supstitucija. Globalno tržište reduktora robota je visoko koncentrisano, s japanskim proizvođačima koji zauzimaju većinu tržišnog udjela. Godine 2021. Nabtesco je zauzimao 53% kineskog tržišnog udjela RV reduktora, a Hamon Naco je zauzimao 35,5% kineskog tržišnog udjela harmoničnih reduktora. Međutim, Kina sada smatra proboje u ključnim osnovnim tehnologijama robota kao važan projekat, a domaći proizvođači su prevazišli neke od problema u ključnim komponentama kao što su reduktori, kontroleri i servo sistemi. Obim izvoza kineskih RV reduktora pokazao je ukupni rastući trend, dok je obim uvoza općenito pokazao opadajući trend. Pojavio se trend lokalizacije RV reduktora. Posljednjih godina domaći proizvođači harmonika postupno su ušli u lanac opskrbe daljnjih kupaca, a tržišni udio kineskih brendova iz godine u godinu se povećavao. Jedinična cijena uvezenih preciznih reduktora, kao što su proizvodi japanske kompanije Hamonoko, obično je između 3,000 i 4,000 juana. Jedinična cijena domaćih preciznih reduktora iznosi 30% do 50% cijene, što ima cjenovnu prednost.
2. Vodeći vijak: Tehničke barijere su vrlo visoke i ima puno prostora za zamjenu kod kuće.
Vijak je idealan proizvod za pretvaranje rotacionog kretanja u linearno kretanje, ili pretvaranje linearnog kretanja u rotaciono. Uobičajeni vijčani proizvodi uključuju klizne zavrtnje, kuglične vijke, planetarne valjkaste vijke, itd. Kuglični vijak je uobičajeni element prijenosa u industrijskim preciznim mašinama. Njegova glavna struktura uključuje tri dijela: kuglični vijak, kugličnu maticu i kuglicu. Osnovni princip prijenosa je pretvaranje rotacijskog kretanja u linearno kretanje i pretvaranje trenja klizanja u trenje kotrljanja. Kada se vijak rotira u odnosu na maticu, rotirajuća površina vijka gura maticu da se kreće aksijalno kroz ciklično kotrljanje kuglica, pretvarajući rotaciju u linearno kretanje; kotrljanje kuglica uzrokuje da se trenje klizanja između vijka i matice promijeni u trenje klizanja između kuglica, vijka i matice. Trenje kotrljanja između njih pretvara klizanje u kotrljanje, uvelike poboljšavajući efikasnost prijenosa. Planetarni valjkasti vijci su grana visoke preciznosti nove generacije vijaka s navojem, sa snažnim sveobuhvatnim performansama i širokim mogućnostima primjene. Planetarni valjkasti vijak stvara kontaktno trenje kotrljanja kroz mrežaste valjke, što uvelike povećava kontaktnu površinu i površinu naprezanja tokom procesa vijčanog prijenosa. U poređenju sa prethodnim kugličnim vijcima koji su se koristili za precizan prenos, efikasnost prenosa nije značajno izgubljena. Istovremeno, ima karakteristike velike brzine, velikog opterećenja, velike krutosti, velikog raspona olova, manje veličine, manje buke i lakšeg održavanja i demontaže. Korišćen je u globalnim oblastima visoke preciznosti kao što su vazduhoplovstvo, oružje i oprema, i nuklearna energija. Također ima velike potrebe za primjenom u civilnim scenarijima kao što su alatne mašine, automobilski ABS sistemi i petrohemijska industrija.
Kuglični vijak: Kuglični vijak je izumljen 1874. Godine 1930-ih, General Motors iz Sjedinjenih Država prvi je primijenio komponente kugličnog vijka u automobilskim upravljačkim uređajima. 1940-ih, parovi kugličnih vijaka su prvi put korišteni na CNC alatnim mašinama. , i postao je idealan element za uvlačenje alatnih CNC mašina; razvojem alatnih mašina i opreme za automatizaciju, promovisano je istraživanje i proizvodnja kugličnih vijčanih parova. Pedesetih godina prošlog veka u industrijski razvijenim zemljama počinju da se pojavljuju mnogi proizvođači kugličnih vijaka, poput britanskog ROTAX-a, Japana NSK itd. Razvoj kugličnih parova za CNC alatne mašine u našoj zemlji započeo je 1950-ih godina. 1964. moja zemlja je sama dizajnirala i razvila prvi set parova kugličnih vijaka. Otkako je zemlja pokrenula povezane projekte 2009. godine, domaće kompanije kao što su Hanjiang Machine Tool i Shandong Bote Seiko i druge postigle su mnoge odlične rezultate, ali trenutno moja zemlja još uvijek ima prostora za poboljšanje proizvoda visokih performansi u poređenju sa naprednim svjetskim kompanijama. . Na domaćem tržištu, tržište kugličnih vijaka srednjeg i visokog kvaliteta uglavnom zauzimaju njemačke i japanske kompanije, kao što su THK, međunarodne kompanije kao što su NSK i Rexroth mogu zauzeti 90% tržišnog udjela na high-end tržištu , dok su kompanije iz kontinentalne Kine uglavnom aktivne na tržištu srednjeg ranga, čineći oko 30% tržišnog udjela. Glavni razlog je taj što su preduzeća u našoj zemlji mala po obimu, kasno pokrenuta i ne mogu dostići visok nivo preciznosti u kvalitetu proizvoda.
Planetarni valjkasti vijak: 1942. godine Šveđanin Carl Bruno Strandgren prvi je podnio zahtjev za patent za recirkulacijski planetarni vijak. Godine 1954. prijavio se za patent za standardni i reverzni planetarni valjak. Godine 1986. William J. Roantree je izumio diferencijalni planetarni valjkasti vijak, a zatim je Oliver Saari izumio planetarni valjkasti vijak s prstenom ležaja. 1970. godine, švicarska kompanija Rollvis počela je razvijati planetarne valjkaste vijke. Švedski SKF je također razvio planetarne valjkaste vijke. Moog u Sjedinjenim Državama, Ortlieb u Njemačkoj i Power Jacks u Ujedinjenom Kraljevstvu imaju svoje zrele planetarne šrafove. Proizvodi; Exlar iz Sjedinjenih Država i Rexroth iz Njemačke koriste zavrtnje sa planetarnim valjcima u svojim odgovarajućim elektromehaničkim aktuatorima. U 2022. godini japanske i evropske kompanije za proizvodnju valjkastih vijaka zauzimat će čak 90% kineskog tržišta. Prema podacima Guanyan Report Networka, četiri najveća proizvođača na tržištu planetarnih valjkastih vijaka u mojoj zemlji 2022. su Rollvis (Švicarska), GSA (Švicarska), Ewellix (Švedska) i Rexroth (Njemačka), s tržišnim udjelom od 27 % , 26%, 13%, 12%. Budući da su kineska preduzeća kasno počela sa radom u ovoj industriji, njihova konkurentska snaga znatno zaostaje za onima u stranim industrijski razvijenim zemljama.