1. Nedbryting og verdifordeling av humanoide roboter
1. Demontering av humanoid robot
På den første Tesla AI-dagen i august 2021 ga Tesla ut en konsepttegning av sin første humanoide robot «Optimus». Den humanoide roboten er 5 fot 8 tommer høy, veier 125 pund, og har 45 lbs bæreevne og en markløftkapasitet på 150 lbs., som vil bli kontrollert gjennom smarte algoritmer som ligner på de som brukes i elektriske kjøretøy. En prototype vil bli lansert i februar 2022, og en ny generasjon av nesten komplett humanoid robot vil bli avduket på AI-dagen 30. september 2022. Den vil bli avduket på World Artificial Intelligence Conference i juli 2023.
Den siste generasjonen av Optimus utgitt av Tesla har 28 ledd (14 roterende aktuatorer + 14 lineære aktuatorer) i den mekaniske delen av kroppen, og de 2 fingernemme hendene har totalt 12 ledd (6 aktuatorer * 2). Teslas humanoide robots behendige hender er designet for å etterligne menneskelige hender og har adaptive gripeevner. Håndstrukturen har fem fingre og flere ledd. Tommelen bruker doble motorer for å drive bøying og sidesvinging, og de andre fire fingrene har en motor hver. Den har totalt 6 aktuatorer, 11 frihetsgrader, en belastning på 20 pund, evnen til å tilpasse seg gripevinkelen, muligheten til å bruke verktøy og evnen til å gripe små gjenstander nøyaktig. De 28 aktuatorene på Tesla humanoid-roboten er fordelt på skuldre (6), albuer (2), håndledd (6), torso (2), hofter (6), knær (2 stk), ankel (4 stk).
Tesla Optimus sin roterende leddløsning: rammeløs motor + harmonisk reduksjon + momentsensor + posisjonssensor + lagre (vinkelkontaktkulelager + kryssede sylindriske rullelager) + enkoder. Tesla demonstrerte samtidig sin aktuatorproduktportefølje, som inkluderer tre roterende reduksjonsgir med forskjellige dreiemomenter, henholdsvis 20Nm/110Nm/180Nm. Hele kroppens fordeling: 6 på skuldrene, 2 på håndleddene, 4 på hoftene og 2 på bagasjerommet.
Tesla Optimus sin lineære skjøtløsning: rammeløs motor + planetrulleskrue + momentsensor + posisjonssensor + lager. Tesla demonstrerte samtidig sin aktuatorproduktportefølje, som inkluderer tre lineære aktuatorer med forskjellige dreiemomenter, med dreiemomenter på 500N/3900N/8000N. Hele kroppens fordeling: 2 albuer, 4 håndledd, 2 hofter, 2 knær og 4 ankler.
2. Verdifordeling av hoveddelene til humanoide roboter
Med henvisning til Tesla Optimus, er verdien av den humanoide roboten hovedsakelig distribuert i FSD-systemet, AI-brikken, aktuatoren og fingernem skjelett: FSD/AI-brikke: Teslas kjernekonkurranseevne, verdien av en enkelt maskin er ca. 50,{ {1}} yuan, og kostnadene utgjør ca. 26,5 %; Roterende aktuator: monteringsprodukter vil bli levert av tredjeparter, inkludert harmoniske reduksjonsmidler (eller nye harmonisk-lignende reduksjonsmidler), rammeløse dreiemomentmotorer, dreiemomentsensorer, kodere, lagre og andre store deler, kostnadene utgjør omtrent 23%; lineær aktuator: monteringsproduktet vil bli levert av en tredjepart, inkludert planetarisk rulleskrue, rammeløs momentmotor, momentsensor, koder, lager og andre hoveddeler, kostnaden utgjør omtrent 28%; fingernem hånd: inkludert kjerneløs motor, planetgirkasse, sensor, kuleskrue, etc., som står for omtrent 7 % av kostnadene; lem skjelett: mekaniske strukturelle deler, står for omtrent 13% av kostnadene. Blant delene som ikke er montert levert av tredjeparter, er rammeløse momentmotorer (14,84 %), planetariske rulleskruer (14,84 %), harmoniske reduksjonsmidler (7,42 %), dreiemomentsensorer (7,42 %), kodere (4,45 %), kjerneløse motorer ( 3,82 %) utgjør en større andel. 2. Analyse av hovedlenkene til humanoide roboter
1. Reduser: Tekniske barrierer er høye, innenlandsk substitusjon akselererer
Robotreduksjonsmidler er hovedsakelig delt inn i to kategorier: RV-redusere og harmoniske reduksjoner. Den harmoniske reduseringen har fordelene med stort enkelt-trinns overføringsforhold, liten størrelse, lav masse og høy bevegelsesnøyaktighet. Den kan fungere normalt i trange rom og middels strålingsforhold, og er mer egnet for presisjonsfelt med lett belastning, for eksempel humanoide roboter, etc. . Sammenlignet med harmoniske reduksjonsmidler har RV-redusere fordelene med stort overføringsforholdsområde, relativt stabil nøyaktighet, høy utmattelsesstyrke, etc., samt høyere stivhet og dreiemomentbæreevne. De er hovedsakelig egnet for tunglastede deler som robotarmer og maskinbaser. .
Vanskelighetene med harmoniske reduksjonsmidler ligger hovedsakelig i tanndesign, materialer, prosessutstyr, teknologi og konsistens. Tekniske vanskeligheter inkluderer spesifikt: Tannformdesign: Siden overføringsprinsippet til den harmoniske reduksjonen er inngrepsbevegelsen mellom to tannhjul, og flexspline konstant deformeres, har høyden, bredden, formen og andre utforminger av girene en større innvirkning på tannhjulene. retardasjonsytelse. Innflytelse. Materiale: Flexspline deformerer kontinuerlig og overfører dreiemoment, noe som utgjør store utfordringer for materialets konsistens, belastning, nøyaktighet og utmattelseslevetid. Vanlige metaller og legeringer er vanskelig å oppfylle kravene. Bearbeidingsutstyr: Flexspline er svært tynn, med en tykkelse på ca. 100 μm. Kravene til bearbeiding og skjæring er høye. Høypresisjons CNC-slipere og redskapsmaskiner må importeres, og japanske høypresisjonsmaskiner har restriksjoner på mitt land. Prosessteknologi: Bearbeiding og kutting av fleksible splines er svært krevende, og noen prosesser er fortsatt avhengige av erfaringsakkumulering av ansatte. Konsistens: I storskala masseproduksjon er det svært vanskelig å redusere den defekte frekvensen og opprettholde produktkonsistens. Sammenlignet med harmoniske reduserere har RV-redusere en mer kompleks struktur og har strengere krav til prosesseringsnøyaktighet og teknologi. De tekniske vanskelighetene er spesifikt: Behandlingsnøyaktighet: Strukturen er kompleks. Under faktiske arbeidsforhold må RV-reduseringen gjentatte ganger og nøyaktig posisjoneres, noe som tilsvarer kontinuerlig start og bremsing for å opprettholde nøyaktigheten uten demping. Hvis nøyaktigheten er lav, vil det føre til slitasje på produktet. Prosessteknologi: Det nære samarbeidet mellom ulike prosesser, inkludert tannoverflatevarmebehandling, prosesseringsnøyaktighet, delsymmetri, grupperingsteknologi og monteringsnøyaktighet. De endelige monteringstoleransene for disse prosessene vil føre til slitasje og levetid på produktet. Konsistens: Som presisjonskomponenter er det ikke vanskelig for et enkelt produkt å oppnå høy ytelse, men det er en stor utfordring for storskala masseproduserte produkter å møte standardytelse.
Importmonopolet av reduksjonsmidler forventes å bli brutt, og innenlandsk substitusjon er i gang. Det globale robotreduksjonsmarkedet er svært konsentrert, med japanske produsenter som okkuperer mesteparten av markedsandelen. I 2021 okkuperte Nabtesco 53 % av Kinas markedsandel for reduksjon av bobiler, og Hamon Naco okkuperte 35,5 % av Kinas markedsandel for harmoniske reduksjoner. Imidlertid har Kina nå sett på gjennombrudd innen nøkkelkjerneteknologier til roboter som et viktig prosjekt, og innenlandske produsenter har overvunnet noen av problemene i nøkkelkjernekomponenter som reduksjonsenheter, kontrollere og servosystemer. Eksportvolumet av Kinas RV-redusere har vist en generell oppadgående trend, mens importvolumet generelt har vist en nedadgående trend. Trenden med lokalisering av RV-redusere har dukket opp. De siste årene har innenlandske harmoniske produsenter gradvis gått inn i forsyningskjeden til nedstrømskunder, og markedsandelen til kinesiske merker har økt år for år. Enhetsprisen på importerte presisjonsreduksjonsmidler, for eksempel produktene fra Japans Hamonoko Company, er vanligvis mellom 3,000 og 4,000 yuan. Enhetsprisen på innenlandske presisjonsreduksjonsmidler er 30% til 50% av prisen, noe som har en prisfordel.
2. Blyskrue: De tekniske barrierene er svært høye, og det er mye rom for innenlandsk substitusjon.
Skruen er et ideelt produkt for å konvertere roterende bevegelse til lineær bevegelse, eller konvertere lineær bevegelse til roterende bevegelse. Vanlige skrueprodukter inkluderer glideskruer, kuleskruer, planetrulleskruer osv. Kuleskruer er et vanlig brukt transmisjonselement i industrielle presisjonsmaskiner. Hovedstrukturen inkluderer tre deler: kuleskrue, kulemutter og kule. Kjerneoverføringsprinsippet er å konvertere rotasjonsbevegelse til lineær bevegelse og konvertere glidefriksjon til rullefriksjon. Når skruen roterer i forhold til mutteren, skyver den roterende overflaten til skruen mutteren for å bevege seg aksialt gjennom den sykliske rullingen av kulene, og snu rotasjonen til lineær bevegelse; rullingen av kulene fører til at glidefriksjonen mellom skruen og mutteren endres til glidefriksjonen mellom kulene, skruen og mutteren. Den rullende friksjonen mellom dem gjør glidning til rullende, noe som forbedrer overføringseffektiviteten betraktelig. Planetrulleskruer er en høypresisjonsgren av den nye generasjonen gjengede skruer, med sterk omfattende ytelse og brede bruksmuligheter. Planetrulleskruen genererer rullefriksjon for linjekontakt gjennom inngrepsruller, noe som øker kontaktflaten og spenningsoverflaten kraftig under skrueoverføringsprosessen. Sammenlignet med de tidligere kuleskruene som ble brukt til presisjonsoverføring, går ikke overføringseffektiviteten vesentlig tapt. Samtidig har den egenskapene høy hastighet, høy belastning, høy stivhet, høyt blyområde, mindre størrelse, lavere støy og enklere vedlikehold og demontering. Den har blitt brukt i globale høypresisjonsfelt som romfart, våpen og utstyr og kjernekraft. Den har også omfattende applikasjonsbehov i sivile scenarier som maskinverktøy, ABS-systemer for biler og petrokjemisk industri.
Kuleskrue: Kuleskruen ble oppfunnet i 1874. På 1930-tallet brukte General Motors i USA først kuleskruekomponenter i bilstyreinnretninger. På 1940-tallet ble kuleskruepar først brukt på CNC-maskinverktøy. , og har blitt et ideelt mateelement for CNC-maskinverktøy; med utviklingen av maskinverktøy og automasjonsutstyr har forskning og produksjon av kuleskruepar blitt fremmet. På 1950-tallet begynte mange kuleskrueprodusenter å dukke opp i industrielt utviklede land, som britiske ROTAX , Japan NSK, etc. Utviklingen av kuleskruepar for CNC-maskinverktøy i vårt land startet på 1950-tallet. I 1964 designet og utviklet mitt land det første settet med kuleskruepar på egen hånd. Siden landet lanserte relaterte prosjekter i 2009, har innenlandske selskaper som Hanjiang Machine Tool og Shandong Bote Seiko og andre oppnådd mange utmerkede resultater, men for øyeblikket har landet mitt fortsatt rom for forbedring i høyytelsesprodukter sammenlignet med verdens avanserte selskaper . På hjemmemarkedet er mellom-til-høy-end-kuleskruemarkedet hovedsakelig okkupert av tyske og japanske selskaper, som THK, internasjonale selskaper som NSK og Rexroth kan okkupere 90% av markedsandelen i high-end-markedet , mens fastlands-kinesiske selskaper hovedsakelig er aktive i mellommarkedet, og står for omtrent 30 % av markedsandelen. Hovedårsaken er at vårt lands foretak er små i skala, startet sent, og ikke kan nå et høyt nivå av presisjon i produktkvalitet.
Planetrulleskrue: I 1942 søkte svenske Carl Bruno Strandgren første gang om patent på en resirkulerende planetrulleskrue. I 1954 søkte han om patent på en standard og omvendt planetrulleskrue. I 1986 oppfant William J. Roantree den differensielle planetariske rulleskruen, og deretter fant Oliver Saari opp lagerringens planetrulleskrue. I 1970 begynte det sveitsiske Rollvis Company å utvikle planetariske rulleskruer. Sveriges SKF utviklet også planetariske rulleskruer. Moog i USA, Ortlieb i Tyskland og Power Jacks i Storbritannia har alle sine egne modne planetariske rulleskruer. Produkter; Exlar i USA og Rexroth i Tyskland bruker begge planetariske rulleskruer i sine respektive elektromekaniske aktuatorer. I 2022 vil japanske og europeiske rulleskruebedrifter stå for så mye som 90 % av det kinesiske markedet. I følge data fra Guanyan Report Network er de fire beste produsentene i mitt lands forsyning av planetariske rulleskruer i 2022 Rollvis (Sveits), GSA (Sveits), Ewellix (Sverige) og Rexroth (Tyskland), med markedsandeler på 27 % , 26 %, 13 %, 12 %. Fordi kinesiske foretak startet sent i denne bransjen, ligger deres konkurransekraft langt bak den til bedrifter i utenlandske industrielt utviklede land.