Kodėl humanoidiniai robotai atidaro naują mėlyną vandenyną belaidžiams varikliams

 

Humanoidiniai robotai, kaip išskirtiniai bendrosios paskirties robotų atstovai ir idealūs „įkūnyto intelekto“ vežėjai, viena vertus, yra naudingi greitam bendrojo dirbtinio intelekto vystymu „Įsikūnijęs intelektas“, pamažu išsiveržiantis į galutinę platformą, skirtą naujos kartos bendro dirbtinio intelektui. Vykdydami robotų užduotis, dideli modeliai imasi pagrindinių vaidmenų samprotavime ir priimant sprendimus, paverčiant sudėtingas instrukcijas į vykdomus robotų veiksmus analizuodami natūralių kalbų komandas. Be to, pridedant daugialypius AI modelius, dideli modeliai žymiai pagerina samprotavimo ir sprendimų priėmimo tikslumą ir efektyvumą, suteikiant svarbią paramą humanoidiniams robotams, siekiant progresuoti į apibendrinimą.

 

 

Sparti robotikos pramonės plėtra priklauso nuo pagrindinių komponentų technologijų naujovių ir jų tiekimo stabilumo. Humanoidiniuose robotuose reduktorius, servo sistema ir valdiklis laikomi trimis pagrindiniais komponentais, kurie kartu sudaro daugiau nei 70 % visų išlaidų. Be to, negalima pamiršti variklio, kaip pagrindinės sudedamosios dalies, vertės. Humanoidiniuose robotuose, tokiuose kaip Optimus, variklio kaina sudaro maždaug 25% visos komponento vertės.

 

Darant prielaidą, kad per ateinantį dešimtmetį pasaulinė humanoidinių robotų siuntos apimtis pasieks 5 milijonus vienetų, per šį laikotarpį „CoreSeless Motors“ (be geležinių šerdžių) paklausa padidės. Remiantis vienetų kainomis, „Coreless Motors“ rinkos padidėjimas gali siekti 350 milijardų RMB, tuo tarpu tikimasi, kad „Coreless Motors“ papildoma rinka viršys 78 milijardus RMB. Kartu šie du sudarys didžiulę 428 milijardų RMB rinkos erdvę.

 

 

Skirtingai nuo pramoninių robotų, naudojamų fiksuotoje darbo aplinkoje, humanoidiniai robotai pirmiausia tarnauja žmogaus kasdienio gyvenimo scenarijams. Šiems robotams reikia ne tik suvokimo, sprendimų priėmimo ir veikimo galimybių, bet ir imituoti žmogaus elgesio modelius, kad galėtų natūraliau sąveikauti su aplinka ir vartotojais. Todėl varikliai, kaip pagrindinės jungčių pavarų sudedamosios dalys, tiesiogiai veikia roboto lankstumą, tikslumą ir stabilumą.

 

Tarp įvairių pavaros technologijų elektros variklio pavara turi didelių pranašumų, palyginti su hidrauline pavara. Elektrinio variklio pavaros sprendimas turi naudos iš brandžios judesio valdymo technologijos, kuri realiuoju laiku pateikia grįžtamąjį ryšį apie judesio būseną per didelio tikslumo kodavimo įrenginius, kad būtų užtikrintas tikslus valdymas. Tuo pačiu metu elektros variklių pavaros sistemų kaina yra mažesnė, palyginti su hidraulinėmis sistemomis, o priežiūra reikalauja mažiau. Dėl šios ekonomiškos charakteristikos elektros variklio pavara yra vienas iš pagrindinių humanoidinių robotų kūrimo pasirinkimų.

 

Be to, bešerdžiai varikliai, pasižymintys lengvu svoriu, dideliu efektyvumu ir maža inercija, tapo pagrindiniais komponentais gerinant humanoidinio roboto veikimą.Bešerdžiai varikliai gali užtikrinti didesnį galios tankį ir didesnį atsako greitį esant nedideliam kiekiui, todėl robotai gali demonstruoti puikų našumą valdydami kelių laisvės laipsnių sąnarius. Be to, be branduolių varikliai sunaudoja mažiau energijos, todėl robotai gali ilgiau tarnauti.

 

1.1 Humanoidiniai robotai, integruojantys į kasdienį gyvenimą, demonstruojantys nacionalinę technologinę jėgą

Humanoidiniai robotai pamažu tapo patikimais padėjėjais kasdieniame žmogaus gyvenime, galinčiais padėti atlikti įvairias sudėtingas užduotis. Skirtingai nuo pramoninių robotų, kurie paprastai dirba fiksuotoje aplinkoje, humanoidiniai robotai yra skirti integruotis į kasdienę žmogaus aplinką. Šie robotai turi ne tik pagrindines gebėjimus, pavyzdžiui, suvokimą, sprendimų priėmimą ir veiksmus, bet ir turi žmogaus judėjimo charakteristikas bei draugišką išvaizdą, todėl žmonės juos lengviau priima ir sukuria pažįstamumo jausmą. Lanksčiai prisitaikydami prie skirtingų aplinkų, humanoidiniai robotai rodo didžiulį pritaikymo potencialą tokiose srityse kaip namai, paslaugos ir sveikatos priežiūra.

 

Kaip pažangūs intelektualūs prietaisai, humanoidiniai robotai laikomi nacionalinės technologinės jėgos simboliais. Jų plėtra reikalauja įveikti technologines kliūtis įvairiose disciplinose, įskaitant mechaninę inžineriją, elektros inžineriją, medžiagų mokslą, jutimo technologijas, kontrolės sistemas ir dirbtinį intelektą. Turėdami žmogaus išvaizdos ypatybes, dvipusius vaikščiojimo galimybes ir labai koordinuotas judesio kontrolės technologijas, humanoidiniai robotai gali atlikti fizines užduotis ir bendrauti su žmonėmis kalbomis ar veido išraiškomis. Palyginti su tradiciniais robotais, humanoidiniai robotai turi didelių pranašumų, susijusių su žmogaus ir mašinos sąveika, adaptacija aplinkai ir užduoties universalumui.

 

 

1.2 Humanoidinių robotų plėtra: nuo koncepcijos iki industrializacijos

Robotų samprata gyvuoja daugiau nei šimtmetį, o humanoidinių robotų tyrinėjimai prasidėjo -20amžiaus viduryje, o jų kūrimo procesas tęsėsi nuo laboratorinių prototipų iki ankstyvųjų industrializacijos etapų. Anksčiausias terminas „robotas“ pavartotas iš čekų rašytojo Karelo Čapeko pjesės RUR (Rosumo universalūs robotai), reiškiančios mašinų vergus, tarnaujančius žmonijai. Pramoninių robotų masinė gamyba prasidėjo septintajame dešimtmetyje, amerikiečių kompanijos Unimation paleista robotinė ranka „UNIMATE“, kuri atvėrė komercinių pramoninių robotų erą.

 

Japonijoje prasidėjo humanoidinių robotų tyrimai ir plėtra ir pamažu pateko į sisteminimo ir aukštos dinamikos etapus:

 

Ankstyvas tyrinėjimo etapas (apie 1970 m.): 1973 m. Japonijos Waseda universiteto profesorius Ichiro Kato sukūrė pirmąjį pasaulyje humanoidinį robotą Wabot -1, o jo wl -5 dvipusis vaikščiojimo mechanizmas padėjo pagrindą humanoidui Robotai.

 

Technologijų integravimo etapas (1980 m. -1990s): 1986 m. „Honda“ pradėjo humanoidinio roboto ASIMO tyrimus, o 2000 m. buvo išleistas pirmosios kartos ASIMO modelis, žymintis humanoidinių robotų patekimą į labai integruotą technologinį etapą.

 

Dinaminis našumo lūžio etapas (2000-2020): 2016 m. Bostono dinamika JAV išleido dvipusį robotą „Atlas“, kuris su savo galingais balansavimo sugebėjimais ir kliūčių perėjimo našumu pasiekė naujus dinaminio judėjimo aukštis ir užduoties vykdymo metu. Pavojinga aplinka.

 

Ankstyvasis industrializacijos etapas (2020-dabartinis): 2022 m. Tesla pristatė humanoidinio roboto prototipą Optimus, demonstruojantį itin integruotą dirbtinio intelekto ir variklio pavaros technologiją Tesla AI dienoje. 2023 m. „Optimus“ versija gali klasifikuoti objektus ir tiksliai subalansuoti, o tai rodo, kad humanoidiniai robotai palaipsniui pereina prie praktinio pritaikymo.

 

1.3 Gilus humanoidinių robotų ir motorinių technologijų integracija

Nuolatinė humanoidinių robotų evoliucija yra neatsiejama nuo motorinės technologijos palaikymo. Kaip pagrindinis robotų sąnario diskų komponentas, varikliai ne tik nustato roboto judesio našumą, bet ir daro įtaką jo lankstumui bei ilgaamžiškumui. Esant dideliam tikslumui, mažai energijos suvartojant ir patikimumas, variklio pavaros palaipsniui tampa dažniausiai naudojamu galios sprendimu humanoidiniams robotams. Tuo tarpu „Coreless Motors“, turintys tokių pranašumų kaip lengvas, didelis efektyvumas ir žemos inercijos, teikia svarbią technologinę paramą greitam humanoidinių robotų vystymuisi.

 

Ateityje, turėdami tolesnius technologijos proveržius, humanoidiniai robotai taps plačiau naudojami įvairiuose gyvenimo scenarijuose, įšvirkščiant naują gyvybingumą į pasaulinę ekonominę ir socialinę vystymąsi. Tai daro automobilių rinką, ypač be „Core Motor Market“, naują ir labai lauktą mėlyną vandenyną.

 

1.4 Humanoido roboto struktūra: pagrindinių komponentų analizė

Pagrindinę humanoidinių robotų struktūrą galima suskirstyti į tris pagrindinius modulius: pavaras, valdiklius ir jutiklius. Pagrindiniai komponentai, tokie kaip varikliai, reduktoriai ir jutikliai, lemia roboto veikimą. Žemiau pateikiama išsami šių komponentų analizė:

 

1.4.1 Variklis

Variklis yra humanoidinio roboto judesio vykdymo pagrindas, įskaitant servovariklius, žingsninius variklius, sukimo momento variklius ir sferinius variklius. Tarp jų sukimo momento varikliai laikomi idealiais humanoidinių robotų jungtims, kurioms reikia mažo greičio ir didelio sukimo momento, nes jie gali užtikrinti didelį sukimo momentą esant vidutiniam ir mažam greičiui. Tačiau jų tyrimų ir gamybos sunkumai yra gana dideli, todėl reikia įveikti technologines kliūtis.

 

1.4.2 Reduktorius

Harmoniniai reduktoriai yra plačiai atpažįstami dėl kompaktiškos struktūros, aukšto perdavimo santykio ir aukštesnio lygio tikslumo, todėl jie yra įprastas robotų sąnarių komponentų pasirinkimas. Tačiau jų ilgaamžiškumas ir gyvenimo trukmė vis dar turi tobulėjimo.

 

1.4.3 jutiklis

Jutikliai vaidina svarbų vaidmenį robotuose, ypač sukimo momento jutikliuose, kurie yra esminė jungtinio dizaino dalis. Šie jutikliai, kartu su varikliais ir reduktoriais, sudaro sąnario mazgą ir užtikrina tikslią judesio valdymą ir jėgos grįžtamąjį ryšį.

 

1.4.4 Viršutinės galūnės pavaros metodas

Viršutinėse galūnėse dažniausiai naudojami rutulinių varžtų dizainai, kurie paverčia rutulių stūmoklinį judesį linijiniu varžto judėjimu. Palyginti su diržo ar grandinės pavaros, rutuliniai varžtai turi mažiau trinties, mažesnės eksploatavimo ir priežiūros išlaidos ir didesnis tikslumas.

 

1.4.5 Apatinės galūnių pavaros metodas

Planetiniai ritininiai sraigtai, žinomi dėl atsparumo išorinės jėgos poveikiui ir ilgo tarnavimo laiko, tapo pagrindiniu apatinių galūnių pavarų pasirinkimu, ypač tinkančiais sudėtingiems eisenos valdymo poreikiams.

 

1.4.6 Rankų jungtis

Rankinėse jungtyse dažniausiai naudojami varikliai be šerdies. Šie varikliai yra paprastos konstrukcijos, lengvi ir yra idealūs pavaros komponentai pirštų judėjimui, leidžiantys tiksliau valdyti.

 

Be to, linijinių ir sukamųjų jungčių guolių pasirinkimai apima kampinius kontaktinius guolius, sukryžiuotus ritininius guolius ir gilius griovelio rutulinius guolius. Šie komponentai kartu užtikrina lengvą roboto, tikslumą ir patikimumą.

 

 

Intelektualūs variklio pavaros pranašumai

Palyginti su hidraulinėmis pavaromis, motorinės pavaros pasižymi ypač išskirtiniu intelektualiu judesio valdymo našumu. Pavyzdžiui, Tesla humanoidinis robotas naudoja didelio sukimo momento tankio servovariklio technologiją, o jo išmanusis judesio valdymas gerokai pranoksta tradicines hidraulines sistemas. Šis dizainas ne tik leidžia realiuoju laiku gauti grįžtamąjį ryšį apie judesio būseną, kad būtų užtikrintas valdymo tikslumas, bet ir išlaikomos santykinai mažos sąnaudos, todėl tinkamas didelio masto programoms.

 

Servo variklių veiklos reikalavimai

Kaip robotų pavarų pagrindas, servo varikliai turi atitikti šiuos veikimo reikalavimus:

• Greitas reagavimas: servo varikliai turi greitai įsijungti ir sustoti, kad prisitaikytų prie dinamiškos aplinkos.
• Didelis pradinis sukimo momento ir inercijos santykis: „Servo“ varikliai turėtų užtikrinti didelį pradinį sukimo momentą, išlaikant žemą sukimosi inerciją.
• Nepertraukiamo valdymo ir tiesinės charakteristikos: norint užtikrinti tikslų vykdymą, variklio greitis turi būti nuolat koreguojamas keičiantis valdymo signalui.
• Kompaktiškas dizainas: servo varikliai turi būti mažo dydžio ir lengvi, kad tilptų į kompaktišką roboto erdvinį išdėstymą.
• Patvarumas ir perkrovos galimybė: Servo varikliai turi atlaikyti dažną sukimąsi pirmyn ir atgal bei greitėjimo / lėtėjimo operacijas ir trumpą laiką atlaikyti kelis kartus didesnę vardinę apkrovą.

Dėl šių savybių servo varikliai yra būtini robotikos srityje, pateikdamos pagrindą aukštesniam intelektui ir stabilumui robotuose.

 

Skaityti toliau: Roboto judėjimo širdis – lemiamas variklių vaidmuo tikslumui – 2 dalis