زنجیره صنعت ربات انسان نما و تجزیه و تحلیل چشم انداز

1. تجزیه و توزیع ارزش ربات های انسان نما
1. جداسازی ربات انسان نما

در اولین روز هوش مصنوعی تسلا در آگوست 2021، تسلا طرح مفهومی اولین ربات انسان نما خود "Optimus" را منتشر کرد. این ربات انسان نما 5 فوت و 8 اینچ قد، 125 پوند وزن و 45 پوند ظرفیت حمل و ظرفیت ددلیفت 150 پوند دارد که از طریق الگوریتم های هوشمند مشابه آنچه در خودروهای الکتریکی استفاده می شود، کنترل می شود. یک نمونه اولیه در فوریه 2022 راه اندازی می شود و نسل جدید ربات انسان نما تقریباً کامل در روز هوش مصنوعی در 30 سپتامبر 2022 رونمایی می شود. این ربات در کنفرانس جهانی هوش مصنوعی در جولای 2023 رونمایی خواهد شد.

آخرین نسل Optimus منتشر شده توسط تسلا دارای 28 مفصل (14 محرک چرخشی + 14 محرک خطی) در قسمت مکانیکی بدنه است و 2 دست ماهر در مجموع دارای 12 مفصل (6 محرک * 2) هستند. دست‌های ماهرانه ربات انسان‌نما تسلا برای تقلید از دست انسان طراحی شده‌اند و قابلیت‌های تطبیقی ​​در دست دارند. ساختار دست دارای پنج انگشت و مفاصل متعدد است. انگشت شست از موتورهای دوگانه برای خم شدن و چرخش جانبی استفاده می کند و چهار انگشت دیگر هر کدام یک موتور دارند. در مجموع دارای 6 محرک، 11 درجه آزادی، بار 20 پوندی، قابلیت تطبیق با زاویه چنگ زدن، قابلیت استفاده از ابزار و توانایی گرفتن دقیق اجسام کوچک است. 28 محرک در ربات انسان نما تسلا بر روی شانه ها (6)، آرنج (2)، مچ دست (6)، نیم تنه (2)، باسن (6)، زانو (2 عدد)، مچ پا (4 عدد) توزیع شده اند.

راه حل اتصال دوار تسلا اپتیموس: موتور بدون قاب + کاهنده هارمونیک + سنسور گشتاور + سنسور موقعیت + یاتاقان ها (بلبرینگ های تماس زاویه ای + غلتک های استوانه ای متقاطع) + رمزگذار. تسلا به طور همزمان مجموعه محصولات محرک خود را نشان داد که شامل سه کاهنده چرخشی با گشتاورهای مختلف به ترتیب 20 نیوتن متر/110 نیوتن متر/180 نیوتن متر است. توزیع کل بدن: 6 عدد روی شانه ها، 2 عدد روی مچ دست، 4 عدد روی باسن و 2 عدد روی تنه.

راه حل خطی اتصال خطی تسلا اپتیموس: موتور بدون قاب + پیچ غلتکی سیاره ای + سنسور گشتاور + سنسور موقعیت + بلبرینگ. تسلا به طور همزمان مجموعه محصولات محرک خود را نشان داد که شامل سه محرک خطی با گشتاورهای مختلف با گشتاورهای 500N/3900N/8000N است. توزیع کل بدن: ۲ آرنج، ۴ مچ، ۲ باسن، ۲ زانو و ۴ مچ پا.

2. توزیع ارزش قسمت های اصلی ربات های انسان نما

با اشاره به Tesla Optimus، ارزش ربات انسان نما عمدتاً در سیستم FSD، تراشه هوش مصنوعی، محرک و اسکلت دست ماهر توزیع شده است: تراشه FSD/AI: رقابت هسته ای تسلا، ارزش یک ماشین تنها حدود 50 است،{ {1}} یوان، و هزینه حسابداری تقریباً 26.5٪. محرک چرخشی: محصولات مونتاژ توسط اشخاص ثالث، از جمله کاهنده های هارمونیک (یا کاهنده های هارمونیک مانند جدید)، موتورهای گشتاور بدون قاب، سنسورهای گشتاور، رمزگذارها، یاتاقان ها و سایر قطعات اصلی عرضه می شود، هزینه حدود 23٪ است. محرک خطی: محصول مونتاژ توسط شخص ثالث، از جمله پیچ غلتکی سیاره ای، موتور گشتاور بدون قاب، سنسور گشتاور، رمزگذار، یاتاقان و سایر قطعات اصلی عرضه می شود، هزینه حدود 28٪ است. دست ماهر: از جمله موتور بدون هسته، گیربکس سیاره ای، سنسور، بال اسکرو و غیره که تقریباً 7٪ هزینه را شامل می شود. اسکلت اندام: قطعات ساختاری مکانیکی، تقریباً 13٪ از هزینه را تشکیل می دهد. در میان قطعات غیر مونتاژی عرضه شده توسط اشخاص ثالث، موتورهای گشتاور بدون فریم (14.84%)، پیچ‌های غلتکی سیاره‌ای (14.84%)، کاهنده‌های هارمونیک (7.42%)، سنسورهای گشتاور (7.42%)، رمزگذارها (4.45%)، موتورهای بدون هسته (4.45%) هستند. 3.82 درصد نسبت بیشتری را به خود اختصاص می دهند. 2. تجزیه و تحلیل لینک های اصلی ربات های انسان نما

1. کاهش دهنده: موانع فنی زیاد است، جایگزینی داخلی در حال تسریع است

کاهنده های ربات عمدتاً به دو دسته کاهنده های RV و کاهنده هارمونیک تقسیم می شوند. کاهنده هارمونیک دارای مزایای نسبت انتقال تک مرحله ای بزرگ، اندازه کوچک، جرم کم و دقت حرکت بالا است. این می تواند به طور معمول در فضاهای محدود و شرایط تابش متوسط ​​کار کند و برای میدان های کاهش سرعت دقیق بار سبک، مانند ربات های انسان نما و غیره مناسب تر است. در مقایسه با کاهنده های هارمونیک، کاهنده های RV دارای مزایای دامنه نسبت انتقال بزرگ، دقت نسبتاً پایدار، استحکام خستگی بالا و غیره و همچنین استحکام و ظرفیت حمل گشتاور بالاتر هستند. آنها عمدتاً برای قطعات سنگین مانند بازوهای ربات و پایه ماشین مناسب هستند. .

مشکلات کاهش دهنده هارمونیک عمدتاً در طراحی دندان، مواد، تجهیزات پردازش، فناوری و سازگاری نهفته است. مشکلات فنی به طور خاص عبارتند از: طراحی شکل دندان: از آنجایی که اصل انتقال کاهنده هارمونیک، حرکت مشبک بین دو چرخ دنده است، و فلکس لاین دائما در حال تغییر شکل است، ارتفاع، عرض، شکل و سایر طرح های چرخ دنده ها تاثیر بیشتری بر چرخ دنده دارد. عملکرد کاهش سرعت نفوذ. مواد: Flexspline به طور مداوم گشتاور را تغییر شکل داده و انتقال می دهد، که چالش های بزرگی را برای ثبات، بار، دقت و عمر خستگی مواد ایجاد می کند. فلزات و آلیاژهای معمولی به سختی می توانند الزامات را برآورده کنند. تجهیزات پردازش: flexspline بسیار نازک است، با ضخامت حدود 100 میکرومتر. نیازهای پردازش و برش زیاد است. آسیاب های CNC با دقت بالا و ماشین های حباب دنده باید وارد شوند و ماشین ابزارهای ژاپنی با دقت بالا محدودیت هایی در کشور من دارند. فناوری پردازش: پردازش و برش اسپلاین‌های انعطاف‌پذیر بسیار سخت است و برخی از فرآیندها همچنان به انباشت تجربه کارکنان متکی هستند. قوام: در تولید انبوه در مقیاس بزرگ، کاهش نرخ معیوب و حفظ قوام محصول بسیار دشوار است. در مقایسه با کاهنده های هارمونیک، کاهنده های RV ساختار پیچیده تری دارند و الزامات سخت گیرانه تری برای دقت و فناوری پردازش دارند. مشکلات فنی به طور خاص عبارتند از: دقت پردازش: ساختار پیچیده است. در شرایط کاری واقعی، کاهنده RV باید به طور مکرر و دقیق قرار گیرد، که معادل استارت و ترمز مداوم برای حفظ دقت بدون تضعیف است. اگر دقت کم باشد باعث فرسودگی و پارگی محصول می شود. فناوری پردازش: همکاری نزدیک فرآیندهای مختلف، از جمله عملیات حرارتی سطح دندان، دقت پردازش، تقارن قطعات، فناوری گروه‌بندی و دقت مونتاژ. تلرانس مونتاژ نهایی این فرآیندها باعث سایش و عمر محصول می شود. سازگاری: به عنوان اجزای دقیق، دستیابی به عملکرد بالا برای یک محصول دشوار نیست، اما برای محصولات تولید انبوه در مقیاس بزرگ برای برآوردن عملکرد استاندارد، چالش بزرگی است.

انتظار می رود انحصار واردات کاهنده ها شکسته شود و جایگزینی داخلی در حال انجام است. بازار جهانی ربات‌های کاهنده بسیار متمرکز است و تولیدکنندگان ژاپنی بیشتر سهم بازار را در اختیار دارند. در سال 2021، Nabtesco 53٪ از سهم بازار کاهنده RV چین و Hamon Naco 35.5٪ از سهم بازار کاهنده هارمونیک چین را به خود اختصاص دادند. با این حال، چین در حال حاضر پیشرفت‌ها در فناوری‌های اصلی ربات‌ها را به عنوان یک پروژه مهم در نظر می‌گیرد و تولیدکنندگان داخلی بر برخی از مشکلات در اجزای اصلی اصلی مانند کاهنده‌ها، کنترل‌کننده‌ها و سیستم‌های سروو غلبه کرده‌اند. حجم صادرات کاهش دهنده های RV چین به طور کلی روند صعودی را نشان داده است، در حالی که حجم واردات به طور کلی روند نزولی را نشان داده است. روند محلی سازی کاهنده های RV ظاهر شده است. در سال های اخیر سازندگان داخلی هارمونیک به تدریج وارد زنجیره تامین مشتریان پایین دستی شده اند و سال به سال سهم بازار برندهای چینی افزایش یافته است. قیمت واحد کاهنده های دقیق وارداتی، مانند محصولات شرکت هامونوکو ژاپن، معمولاً بین 3،{5}} و 4،000 یوان است. قیمت واحد کاهنده های دقیق داخلی 30 تا 50 درصد قیمت است که مزیت قیمتی دارد.

2. پیچ سرب: موانع فنی بسیار زیاد است و جای زیادی برای تعویض داخلی وجود دارد.

پیچ یک محصول ایده آل برای تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی یا تبدیل حرکت خطی به حرکت چرخشی است. محصولات اسکرو متداول شامل پیچ‌های کشویی، بال‌اسکرو، پیچ‌های غلتکی سیاره‌ای و غیره است. بال‌اسکرو یک عنصر انتقال متداول در ماشین‌آلات دقیق صنعتی است. ساختار اصلی آن شامل سه قسمت بال اسکرو، مهره توپ و توپ می باشد. اصل انتقال هسته تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی و تبدیل اصطکاک لغزشی به اصطکاک غلتشی است. هنگامی که پیچ نسبت به مهره می چرخد، سطح چرخان پیچ مهره را فشار می دهد تا به صورت محوری از طریق چرخش چرخه ای توپ ها حرکت کند و چرخش را به حرکت خطی تبدیل کند. غلتاندن توپ ها باعث می شود که اصطکاک لغزشی بین پیچ و مهره به اصطکاک لغزشی بین گلوله ها، پیچ و مهره تبدیل شود. اصطکاک غلتشی بین آنها لغزش را به غلت تبدیل می کند و راندمان انتقال را تا حد زیادی بهبود می بخشد. پیچ‌های غلتکی سیاره‌ای شاخه‌ای با دقت بالا از نسل جدید پیچ‌های رزوه‌دار، با عملکرد جامع قوی و چشم‌انداز کاربردی گسترده هستند. پیچ غلتکی سیاره ای اصطکاک نورد تماس خطی را از طریق غلتک های مشبک ایجاد می کند که سطح تماس و سطح تنش را در طول فرآیند انتقال پیچ به میزان زیادی افزایش می دهد. در مقایسه با بال اسکروهای قبلی که برای انتقال دقیق استفاده می شد، راندمان انتقال به طور قابل توجهی از بین نمی رود. در عین حال، دارای ویژگی های سرعت بالا، بار زیاد، سختی بالا، دامنه بالای سرب، اندازه کوچکتر، سر و صدای کمتر و نگهداری و جداسازی آسان تر است. در زمینه های جهانی با دقت بالا مانند هوافضا، تسلیحات و تجهیزات و انرژی هسته ای استفاده شده است. همچنین نیازهای کاربردی گسترده ای در سناریوهای غیرنظامی مانند ماشین ابزار، سیستم های ABS خودرو و صنایع پتروشیمی دارد.

بال اسکرو: بال اسکرو در سال 1874 اختراع شد. در دهه 1930، جنرال موتورز ایالات متحده برای اولین بار از اجزای بال اسکرو در دستگاه های فرمان خودرو استفاده کرد. در دهه 1940، جفت بال اسکرو برای اولین بار در ماشین ابزار CNC استفاده شد. و تبدیل به یک عنصر تغذیه ایده آل برای ماشین ابزار CNC شده است. با توسعه ماشین ابزار و تجهیزات اتوماسیون، تحقیق و تولید جفت بال اسکرو ارتقا یافته است. در دهه 1950 بسیاری از تولیدکنندگان بال اسکرو در کشورهای توسعه یافته صنعتی مانند ROTAX بریتانیا، NSK ژاپن و غیره شروع به ظهور کردند. توسعه جفت بال اسکرو برای ماشین ابزار CNC در کشور ما از دهه 1950 آغاز شد. در سال 1964، کشور من اولین مجموعه جفت بال اسکرو را به تنهایی طراحی و توسعه داد. از زمانی که کشور پروژه های مرتبط را در سال 2009 راه اندازی کرد، شرکت های داخلی مانند Hanjiang Machine Tool و Shandong Bote Seiko و سایرین به نتایج بسیار خوبی دست یافته اند، اما در حال حاضر، کشور من هنوز در مقایسه با شرکت های پیشرفته دنیا در محصولات با کارایی بالا جای پیشرفت دارد. . در بازار داخلی، بازار بال‌اسکروهای متوسط ​​به بالا عمدتاً توسط شرکت‌های آلمانی و ژاپنی مانند THK اشغال می‌شود، شرکت‌های بین‌المللی مانند NSK و Rexroth می‌توانند 90 درصد از سهم بازار را در بازار گران‌قیمت به خود اختصاص دهند. در حالی که شرکت های چینی عمدتاً در بازار میان رده فعال هستند و حدود 30 درصد از سهم بازار را به خود اختصاص می دهند. دلیل اصلی این است که بنگاه های کشور ما در مقیاس کوچک هستند، دیر شروع شده اند و نمی توانند به دقت بالایی در کیفیت محصول برسند.

پیچ غلتکی سیاره ای: در سال 1942، کارل برونو استرندگرن سوئدی برای اولین بار برای ثبت اختراع یک پیچ غلتکی سیاره ای در حال چرخش درخواست داد. در سال 1954، او برای ثبت اختراع یک پیچ غلتکی سیاره ای استاندارد و معکوس درخواست داد. در سال 1986، William J. Roantree پیچ غلتکی سیاره ای دیفرانسیل را اختراع کرد و سپس الیور سااری پیچ غلتکی سیاره ای حلقه یاتاقان را اختراع کرد. در سال 1970، شرکت رولویس سوئیس شروع به توسعه پیچ های غلتکی سیاره ای کرد. SKF سوئد همچنین پیچ های غلتکی سیاره ای را توسعه داد. Moog در ایالات متحده، Ortlieb در آلمان و Power Jacks در بریتانیا، همگی پیچ‌های غلتکی سیاره‌ای بالغ خود را دارند. محصولات؛ Exlar ایالات متحده و Rexroth آلمان هر دو از پیچ های غلتکی سیاره ای در محرک های الکترومکانیکی مربوطه خود استفاده می کنند. در سال 2022، شرکت های پیچ غلتکی ژاپنی و اروپایی 90 درصد از بازار چین را به خود اختصاص خواهند داد. بر اساس داده‌های شبکه گزارش گوانیان، چهار تولیدکننده برتر در عرضه‌کننده بازار پیچ‌های غلتکی سیاره‌ای کشور من در سال 2022 عبارتند از Rollvis (سوئیس)، GSA (سوئیس)، Ewellix (سوئد) و Rexroth (آلمان) با سهم بازار 27٪. ، 26٪، 13٪، 12٪. از آنجایی که شرکت‌های چینی در این صنعت دیر شروع به کار کردند، قدرت رقابتی آن‌ها به مراتب از شرکت‌های کشورهای توسعه‌یافته صنعتی خارجی عقب‌تر است.