1. Разбивка и разпределение на стойността на хуманоидните роботи
1. Разглобяване на хуманоиден робот
На първия ден на Tesla AI Day през август 2021 г. Tesla пусна концептуален чертеж на първия си хуманоиден робот „Optimus“. Хуманоидният робот е висок 5 фута 8 инча, тежи 125 паунда и има 45 паунда товароподемност и капацитет на мъртва тяга от 150 паунда, който ще се управлява чрез интелигентни алгоритми, подобни на тези, използвани в електрическите превозни средства. Прототип ще бъде пуснат на пазара през февруари 2022 г., а ново поколение почти завършен хуманоиден робот ще бъде представено на Деня на изкуствения интелект на 30 септември 2022 г. Той ще бъде представен на Световната конференция за изкуствен интелект през юли 2023 г.
Най-новото поколение на Optimus, издадено от Tesla, има 28 стави (14 ротационни задвижки + 14 линейни задвижки) в механичната част на тялото, а 2-те сръчни ръце имат общо 12 стави (6 задвижки * 2). Сръчните ръце на хуманоидния робот на Tesla са проектирани да имитират човешки ръце и имат адаптивни способности за хващане. Структурата на ръката има пет пръста и множество стави. Палецът използва двойни двигатели за задвижване на огъване и странично люлеене, а останалите четири пръста имат по един двигател. Има общо 6 задвижващи механизма, 11 степени на свобода, товар от 20 паунда, възможност за адаптиране към ъгъла на захващане, възможност за използване на инструменти и възможност за точно захващане на малки предмети. 28-те задвижващи механизма на хуманоидния робот Tesla са разпределени на раменете (6), лактите (2), китките (6), торса (2), бедрата (6), коленете (2 бр.), глезените (4 бр.).
Решението за въртящо се съединение на Tesla Optimus: двигател без рамка + хармоничен редуктор + сензор за въртящ момент + сензор за позиция + лагери (съчмени лагери с ъглов контакт + кръстосани цилиндрични ролкови лагери) + енкодер. Tesla едновременно демонстрира продуктовото си портфолио от актуатори, което включва три ротационни редуктора с различни въртящи моменти, съответно 20Nm/110Nm/180Nm. Разпределение по цялото тяло: 6 на раменете, 2 на китките, 4 на бедрата и 2 на тялото.
Решението за линейно съединение на Tesla Optimus: двигател без рамка + планетарен ролков винт + сензор за въртящ момент + сензор за позиция + лагер. Tesla едновременно демонстрира продуктовото си портфолио от актуатори, което включва три линейни актуатора с различни въртящи моменти, с въртящи моменти от 500N/3900N/8000N. Разпределение на цялото тяло: 2 лакътя, 4 китки, 2 бедра, 2 колена и 4 глезена.
2. Стойностно разпределение на основните части на хуманоидните роботи
Позовавайки се на Tesla Optimus, стойността на хуманоидния робот се разпределя главно в системата FSD, AI чип, задвижващ механизъм и сръчен скелет на крайниците на ръцете: FSD/AI чип: Основната конкурентоспособност на Tesla, стойността на една машина е около 50,{ {1}} юана и отчитане на разходите за приблизително 26,5%; Ротационен задвижващ механизъм: продуктите за сглобяване ще бъдат доставени от трети страни, включително хармонични редуктори (или нови хармонични редуктори), безрамкови въртящи двигатели, сензори за въртящ момент, енкодери, лагери и други основни части, разходите са около 23%; линеен задвижващ механизъм: продуктът за сглобяване ще бъде доставен от трета страна, включително планетарен ролков винт, безрамков въртящ момент, сензор за въртящ момент, енкодер, лагер и други основни части, цената е около 28%; сръчна ръка: включително двигател без ядро, планетарна скоростна кутия, сензор, сачмен винт и т.н., което представлява приблизително 7% от цената; скелет на крайниците: механични структурни части, представляващи приблизително 13% от цената. Сред несглобяемите части, доставени от трети страни, безрамкови въртящи се двигатели (14,84%), планетарни ролкови винтове (14,84%), хармонични редуктори (7,42%), сензори за въртящ момент (7,42%), енкодери (4,45%), двигатели без ядро ( 3,82%) представляват по-голям дял. 2. Анализ на основните връзки на хуманоидните роботи
1. Редуктор: Техническите бариери са високи, местното заместване се ускорява
Роботизираните редуктори се разделят основно на две категории: RV редуктори и хармонични редуктори. Хармоничният редуктор има предимствата на голямо едностепенно предавателно отношение, малък размер, ниска маса и висока точност на движение. Той може да работи нормално в затворени пространства и условия на средна радиация и е по-подходящ за полета за прецизно забавяне с леко натоварване, като хуманоидни роботи и др. В сравнение с хармоничните редуктори, редукторите RV имат предимствата на голям диапазон на предавателно отношение, относително стабилна точност, висока якост на умора и т.н., както и по-висока твърдост и капацитет на носене на въртящ момент. Те са подходящи главно за тежкотоварни части като ръце на роботи и основи на машини. .
Трудностите на хармоничните редуктори се крият главно в конструкцията на зъбите, материалите, оборудването за обработка, технологията и последователността. Техническите трудности включват конкретно: Дизайн на формата на зъбите: Тъй като принципът на предаване на хармоничния редуктор е движението на зацепване между две зъбни колела и гъвкавият шлиц непрекъснато се деформира, височината, ширината, формата и други дизайни на зъбните колела имат по-голямо влияние върху ефективност на забавяне. Влияние. Материал: Гъвкавият сплайн непрекъснато се деформира и предава въртящ момент, което поставя големи предизвикателства пред консистенцията, натоварването, точността и издръжливостта на материала. Обикновените метали и сплави трудно отговарят на изискванията. Оборудване за обработка: Гъвкавият сплайн е много тънък, с дебелина около 100 μm. Изискванията за обработка и рязане са високи. Високопрецизните CNC шлифовъчни машини и зъбофрезните машини трябва да бъдат внесени, а японските високопрецизни машинни инструменти имат ограничения в моята страна. Технология на обработка: Обработката и рязането на гъвкави шлици са много взискателни и някои процеси все още разчитат на натрупването на опит на служителите. Консистенция: При широкомащабно масово производство е много трудно да се намали процентът на дефектите и да се поддържа консистенцията на продукта. В сравнение с хармоничните редуктори, RV редукторите имат по-сложна структура и имат по-строги изисквания за точност и технология на обработка. Техническите трудности са по-конкретно: Точност на обработката: Структурата е сложна. В действителни работни условия редукторът на RV трябва да бъде многократно и точно позициониран, което е еквивалентно на непрекъснато стартиране и спиране, за да се поддържа точност без затихване. Ако точността е ниска, това ще доведе до износване на продукта. Технология на обработка: Тясното сътрудничество на различни процеси, включително топлинна обработка на повърхността на зъбите, точност на обработка, симетрия на детайлите, технология за групиране и точност на сглобяване. Допустимите отклонения при окончателното сглобяване на тези процеси ще доведат до износване и живот на продукта. Съгласуваност: Като прецизни компоненти, не е трудно за един продукт да постигне висока производителност, но е голямо предизвикателство за широкомащабни масово произвеждани продукти да отговарят на стандартната производителност.
Очаква се монополът върху вноса на редуктори да бъде разбит и местното заместване е в ход. Глобалният пазар на редуктори за роботи е силно концентриран, като японските производители заемат по-голямата част от пазарния дял. През 2021 г. Nabtesco заемаше 53% от китайския пазарен дял на RV редуктори, а Hamon Naco заемаше 35,5% от китайския пазарен дял на хармонични редуктори. Сега обаче Китай смята пробивите в ключови основни технологии на роботите за важен проект и местните производители са преодолели някои от проблемите в ключови основни компоненти като редуктори, контролери и серво системи. Обемът на износа на китайски RV редуктори показва обща възходяща тенденция, докато обемът на вноса като цяло показва низходяща тенденция. Появи се тенденцията за локализиране на RV редуктори. През последните години местните производители на хармоници постепенно навлязоха във веригата за доставки на клиенти надолу по веригата и пазарният дял на китайските марки се увеличава всяка година. Единичната цена на вносните прецизни редуктори, като продуктите на японската компания Hamonoko, обикновено е между 3 000 и 4 000 юана. Единичната цена на домашните прецизни редуктори е 30% до 50% от цената, което има ценово предимство.
2. Водещ винт: Техническите бариери са много високи и има много място за вътрешно заместване.
Винтът е идеален продукт за преобразуване на въртеливо движение в линейно движение или преобразуване на линейно движение във въртеливо движение. Обичайните винтови продукти включват плъзгащи се винтове, сачмени винтове, планетарни ролкови винтове и др. Сферичният винт е често използван трансмисионен елемент в индустриални прецизни машини. Основната му структура включва три части: сферичен винт, сферична гайка и топка. Основният принцип на предаване е да преобразува въртеливото движение в линейно движение и да преобразува триенето при плъзгане в триене при търкаляне. Когато винтът се върти спрямо гайката, въртящата се повърхност на винта избутва гайката да се движи аксиално чрез цикличното търкаляне на топките, превръщайки въртенето в линейно движение; търкалянето на топките води до промяна на триенето при плъзгане между винта и гайката в триене при плъзгане между топките, винта и гайката. Триенето при търкаляне между тях превръща плъзгането в търкаляне, което значително подобрява ефективността на трансмисията. Планетарните ролкови винтове са високопрецизен клон на новото поколение винтове с резба, със силна цялостна производителност и широки перспективи за приложение. Планетарният ролков винт генерира контактно триене при търкаляне чрез зацепващи ролки, което значително увеличава контактната повърхност и повърхността на напрежение по време на процеса на предаване на винта. В сравнение с предишните сферични винтове, използвани за прецизно предаване, ефективността на предаване не се губи значително. В същото време той има характеристиките на висока скорост, високо натоварване, висока твърдост, голям обхват на олово, по-малък размер, по-нисък шум и по-лесна поддръжка и разглобяване. Използва се в глобални области с висока точност като космическото пространство, оръжията и оборудването и ядрената енергия. Той също така има обширни нужди от приложения в граждански сценарии като машинни инструменти, автомобилни ABS системи и нефтохимическа промишленост.
Сачмен винт: Сачмено-винтовият винт е изобретен през 1874 г. През 30-те години на миналия век General Motors от Съединените щати за първи път прилага компоненти на сферично-винтовия винт в автомобилни кормилни устройства. През 40-те години сачмено-винтовите двойки са използвани за първи път в машинни инструменти с ЦПУ. , и се превърна в идеален захранващ елемент за CNC машинни инструменти; с развитието на машинни инструменти и оборудване за автоматизация, изследванията и производството на сачмено-винтови двойки са насърчавани. През 50-те години на миналия век започват да се появяват много производители на сферични винтове в индустриално развитите страни, като британския ROTAX, Япония NSK и др. Развитието на сферично-винтови двойки за металорежещи машини с ЦПУ у нас започва през 50-те години. През 1964 г. моята страна проектира и разработи сама първия комплект сачмено-винтови двойки. Откакто страната стартира свързани проекти през 2009 г., местни компании като Hanjiang Machine Tool и Shandong Bote Seiko и други постигнаха много отлични резултати, но в момента моята страна все още има място за подобрение във високоефективните продукти в сравнение с напредналите световни компании . На вътрешния пазар пазарът на сферични винтове от среден до висок клас е зает главно от немски и японски компании, като THK, международни компании като NSK и Rexroth могат да заемат 90% от пазарния дял на пазара от висок клас , докато компаниите от континентален Китай са активни основно на пазара от среден клас, като представляват около 30% от пазарния дял. Основната причина е, че предприятията у нас са малки по мащаб, стартират късно и не могат да достигнат високо ниво на прецизност в качеството на продуктите.
Планетарен ролков винт: През 1942 г. шведът Карл Бруно Страндгрен за първи път кандидатства за патент за рециркулиращ планетарен ролков винт. През 1954 г. той кандидатства за патент за стандартен и обратен планетарен ролков винт. През 1986 г. Уилям Дж. Роантри изобретява диференциалния планетарен ролков винт, а след това Оливър Саари изобретява планетарния ролков винт с лагерен пръстен. През 1970 г. швейцарската компания Rollvis започва да разработва планетарни ролкови винтове. Шведската SKF също разработи планетарни ролкови винтове. Moog в Съединените щати, Ortlieb в Германия и Power Jacks в Обединеното кралство имат свои собствени зрели планетарни ролкови винтове. продукти; Exlar от Съединените щати и Rexroth от Германия използват планетарни ролкови винтове в съответните си електромеханични задвижващи механизми. През 2022 г. японските и европейските компании за ролкови винтове ще представляват до 90% от китайския пазар. Според данни от Guanyan Report Network четирите най-големи производители на пазара на планетарни ролкови винтове в моята страна през 2022 г. са Rollvis (Швейцария), GSA (Швейцария), Ewellix (Швеция) и Rexroth (Германия), с пазарни дялове от 27 % , 26%, 13%, 12%. Тъй като китайските предприятия започнаха късно в тази индустрия, тяхната конкурентна сила изостава далеч от тази на предприятията в чужди индустриално развити страни.