LLIBRE BLANC TQ Robots humanoides
Instruccions d'ús del producte
Acabatview
Els actuadors de robots humanoides de TQ estan dissenyats per proporcionar moviments semblants als humans en el maquinari robòtic. Aquests motors són components crucials per aconseguir moviments versàtils i precisos en robots humanoides.
Factors per a la selecció de motors
La selecció de motors per a les articulacions dels robots humanoides és crucial per aconseguir moviments semblants als humans. Els factors clau a tenir en compte inclouen la precisió, el parell i les velocitats de rotació. Els motors de parell de TQ estan dissenyats específicament per complir aquests requisits.
Precisió i recompte de parells de pols
La precisió dels motors elèctrics està directament influenciada pel nombre de parells de pols. Els servomotors de TQ posen l'accent en un recompte de parells de pols elevat per garantir un control, posicionament i regulació precisos en robots humanoides.
Instal·lació i Manteniment
Quan instal·leu els actuadors, assegureu-vos d'una alineació adequada i d'un muntatge segur per evitar problemes d'alineació durant el funcionament. Es recomanen controls de manteniment periòdics per garantir un rendiment i una longevitat òptims dels motors.
Preguntes freqüents
- P: Quines són les principals aplicacions dels robots humanoides?
- R: Els robots humanoides són especialment prometedors en producció i logística, especialment per a tasques intensives en mà d'obra, físicament exigents i repetitives.
- P: Com contribueixen els motors de parell als moviments semblants als humans dels robots?
- R: Els motors de parell proporcionen un parell elevat a velocitats de rotació baixes, permetent moviments precisos i controlats essencials per replicar moviments semblants a les persones.
INFORMACIÓ DEL PRODUCTE
LLIBRE BLANC
La unitat que hi ha darrere del moviment Motors de parell sense marc per a robots humanoides: la vostra guia per a la selecció i implementació amb èxit
robots humanoides
El proper S evolutiutage en Robòtica: Robots Humanoides
Els robots humanoides, amb la seva capacitat d'imitar la forma i el moviment humans, representen el proper s evolutiutagi en robòtica i porten una fascinació única. Aquests robots presenten una forma humana, equipats amb extremitats articulades (anomenats graus de llibertat) i poden funcionar de manera autònoma mitjançant el control d'intel·ligència artificial, amb capacitats en habilitats motores fines i aprenentatge automàtic. Totes aquestes habilitats fan que els robots humanoides siguin molt versàtils, encara que el seu desplegament actualment implica costos més elevats en comparació amb els cobots i els robots industrials. A més, els robots humanoides solen tenir un disseny modular, facilitar el manteniment, les reparacions i les actualitzacions.1
Robot humanoide TALOS de PAL Robotics © PAL Robotics
Carrera a la comercialització
Oportunitats de mercat i carrera per la comercialització
La carrera per desenvolupar el primer robot humanoide comercialment viable és una de les tendències més emocionants del món tecnològic. Segons les anàlisis del banc d'inversió Goldman Sachs, el mercat dels robots humanoides podria arribar a un volum de 35 milions de dòlars el 2033. Aquesta xifra impressionant posa de manifest el gran potencial d'aquesta tecnologia per al futur.2
Actualment, nombroses empreses d'arreu del món estan treballant en robots humanoides per a ús comercial, i moltes d'elles obtenen servomotors de TQ per a aquest propòsit.
Una anàlisi de mercat de la consultora de gestió Horváth del març de 2024 projecta que els primers robots semblants a humans podrien entrar en producció en sèrie per a ús industrial ja el 2025. Les seves aplicacions són especialment prometedores en producció i logística, especialment per a tasques intensives en mà d'obra, físicament exigents i repetitives.3
Els cobots i els robots industrials són adequats per a tasques senzilles i repetitives.
Actuadors
La clau del moviment humà en el maquinari robòtic
Pel que fa al maquinari, els actuadors tenen un paper crucial per aconseguir moviments semblants als humans en robots humanoides. Aquests components actuen com l'equivalent robòtic de les articulacions i els músculs humans, permetent moviments rotatius i lineals dins d'un sistema. Els actuadors es componen d'una combinació d'engranatges, motors, sensors, coixinets i codificadors. Com més graus de llibertat es requereixin, més actuadors es necessiten. Actualment, els robots humanoides en desenvolupament són capaços d'aconseguir entre 16 i 60 graus de llibertat. A mesura que avança el desenvolupament, els robots humanoides requeriran encara més actuadors per permetre una major llibertat de moviment, adaptant-se a aplicacions cada cop més complexes. Els conceptes de maquinari poden variar significativament en funció dels requisits específics de l'abast de moviment, el disseny de la mà, la sensibilitat del sensor i altres factors.4 El cos robòtic humanoide està format principalment per actuadors, juntament amb sistemes de suport com sensors, paquets de bateries, components estructurals i sistemes de refrigeració. La següent secció ofereix un finalview dels requisits que ha de complir el motor d'un robot humanoide per permetre un moviment semblant a un humà.4
L'origen de la tecnologia RoboDrive es troba a l'Institut de Robòtica i Mecatrònica del Centre Aeroespacial Alemany (DLR). Amb el seu gran eix buit i el seu disseny lleuger i sense marc, aquests motors són ideals per a mòduls d'accionament robòtic.
Articulacions del robot humanoide
Factors per a la selecció de motors per a les articulacions de robots humanoides
Els moviments humans es poden controlar mitjançant sistemes d'accionament elèctrics, hidràulics o pneumàtics. Actualment, la pràctica predominant és utilitzar actuadors específics formats per una caixa de canvis, motor de parell, codificador i controlador de motor. Els motors de parell són motors elèctrics de pol alt que proporcionen un parell elevat a velocitats de rotació relativament baixes.
A continuació es descriuen els requisits del sistema que són crucials per a la selecció del motor en un robot humanoide.
Precisió
Perquè un robot faci moviments controlats, fluids i versàtils, la precisió del motor és fonamental. Com més precisa sigui la unitat, més directa serà la connexió entre el moviment del robot i el seu "procés visual", que inclou sensors i tecnologia de càmera. Cada articulació està definida per vectors tridimensionals i, per obtenir la màxima precisió, és essencial que els motors, especialment quan es combinen a través de múltiples articulacions, assoleixin constantment la posició "correcta". Fins i tot les desviacions menors en les articulacions individuals, com ara el maluc, el genoll i el turmell, poden acumular-se, donant lloc a desalineacions importants. La precisió d'un motor elèctric augmenta amb l'anomenat recompte de parells de pols, un factor clau que influeix en el comportament del motor, ja que afecta directament el control, el posicionament i la regulació. En dissenyar els seus servomotors sense marc, el TQ-Group posa un gran èmfasi en aconseguir un gran nombre de parells de pols. El client de TQ, PAL Robotics, també entén que la precisió és un factor decisiu per a l'èxit comercial d'un robot humanoide.
La precisió d'un motor elèctric augmenta amb el nombre de parells de pols.
"Els motors elèctrics TQ ofereixen un control de posició i parell molt precís en una àmplia gamma de condicions, des de baixa velocitat i parell elevat fins a alta velocitat i parell baix. Això és essencial per als moviments naturals i fluids que s'esperen dels robots humanoides. Aquesta coherència és especialment valuosa en entorns on els robots interactuen amb humans, millorant l'acceptació de la tecnologia".
El director de tecnologia Luca Marchionni, PAL Robotics amb TALOS. © PAL Robotics
(D'esquerra a dreta) Robert Vogel i David Hastings, TQ-Group, amb Jonathan Hurst, Chief Robot Officer d'Agility Robotics a la Robotics Summit 2024
Temps de resposta i dinàmica
- L'entorn en què es mouen els humans, i en conseqüència els robots humanoides, és volàtil i canvia constantment. Els motors han de ser capaços de respondre i adaptar-se ràpidament a qualsevol canvi ambiental (per exemple, si un robot entra en un forat inesperat o es troba amb una superfície canviant). Perquè un robot humanoide reaccioni de manera flexible i ràpida als canvis, necessita un control dinàmic excepcional, una manejabilitat precisa i temps de resposta ràpids. La dinàmica d'un motor elèctric es refereix a la seva capacitat per respondre amb rapidesa i precisió als canvis de càrrega o d'entrada de control. Aquesta capacitat dinàmica és essencialment com de bé un motor pot ajustar la seva velocitat, posició o parell en condicions variables. Mantenir l'estabilitat d'un robot durant el moviment, com ara caminar, córrer o realitzar tasques complexes, requereix un equilibri dinàmic. Això implica estratègies de control avançades per adaptar-se instantàniament a condicions que canvien ràpidament. Agility Robotics, un fabricant de robots humanoides, demostra en un vídeo com són crítiques les cames articulades per a la funcionalitat humanoide en diversos entorns.
- Com aconsegueix un actuador elèctric tan alt temps de resposta i dinàmica? Per reaccionar en temps real, cal un parell molt elevat breument, com ara quan s'ajusta un moviment del peu per alinear-se amb un forat inesperat al terra. Aquest parell augmenta en breu diverses vegades, una capacitat que es coneix com a capacitat de sobrecàrrega d'un servomotor o parell màxim, és a dir, el parell màxim que pot generar un motor durant una curta durada. El parell màxim dels motors TQ és aproximadament tres vegades més gran que el seu parell nominal o el parell continu sostenible durant llargs períodes. Concretament, els motors TQ aconsegueixen un parell màxim en el rang de dos dígits Newton-meter (Nm), proporcionant una capacitat de sobrecàrrega líder en la indústria.
Gràcies a la tecnologia de bobinat única, els motors TQ aconsegueixen pèrdues de coure molt baixes.
Eficiència i consum d'energia
L'eficiència, concretament, la quantitat de pèrdua d'energia durant la durada de la bateria, determina quant de temps pot funcionar un robot humanoide alimentat amb bateria. L'alta eficiència, aconseguida a través de baixes pèrdues de coure, allarga directament la durada de la bateria. Les pèrdues de coure es refereixen a les pèrdues d'energia causades per la resistència elèctrica en els bobinats d'un motor, que es dissipen en forma de calor i són una de les principals fonts de pèrdua d'energia en les màquines elèctriques. Els motors amb pèrdues de potència elevades consumeixen més electricitat, la qual cosa redueix la durada de la bateria i, en conseqüència, limita el temps de funcionament. Això significa que l'eficiència és un factor molt més crític per als robots humanoides mòbils que funcionen amb bateries que per als robots col·laboratius (cobots) connectats a una font d'alimentació. En aplicacions pràctiques, com ara la indústria, la sanitat o el comerç minorista, l'alta eficiència és essencial per al funcionament continu dels robots humanoides. Els motors de parell TQ aconsegueixen una eficiència del 90 per cent o superior, amb pèrdues de coure especialment baixes mesurades en watts. Aquests valors s'especifiquen normalment a les fitxes com a pèrdues d'eficiència o coure a temperatura ambient.
Densitat de parell i compacitat
La densitat de parell d'un motor elèctric és una mesura de quant de parell pot generar el motor per unitat de volum o pes. La densitat de parell és un factor crucial per al rendiment i la compacitat d'un motor, especialment important en aplicacions on el pes és crític, com ara en robòtica. El pes global d'un robot humanoide està determinat en gran mesura pel pes de les seves articulacions. Com més lleugers siguin els motors d'aquestes articulacions, menor serà el pes total, la qual cosa té un impacte positiu en la durada de la bateria, la càrrega útil i la dinàmica. A la indústria, aquest factor de pes sovint s'anomena "muscular".
- Els motors TQ són excepcionalment lleugers i densos de potència, cosa que permet als fabricants de robòtica reduir significativament el pes i l'espai d'instal·lació mantenint un rendiment constant.
El pes addicional és un desavantatgetagi per a un robot humanoide, ja que un disseny més prim millora el dinamisme, la velocitat i, sobretot, la capacitat de transportar càrregues útils més pesades. El client de TQ PAL Robotics cita aquest avantatge de pestagi com a motiu clau per triar els motors de rotor intern (ILM) de TQ.
- "Hem escollit motors ILM perquè ofereixen una relació de parell i pes inigualable. Els motors TQ tenen el factor d'ompliment de coure més alt del mercat. És físicament impossible encaixar més coure dins de cada mida de motor". Luca Marchionni, CTO, PAL Robotics
Luca Marchionni, CTO de l'empresa espanyola de robòtica fundada l'any 2004, explica: “Hem escollit motors ILM perquè ofereixen una relació parell-pes inigualable. Les mides i configuracions del motor disponibles s'adaptaven perfectament als requisits als quals ens enfrontàvem en el disseny de diverses articulacions del robot, des del turmell fins al coll. […] Els kits de servo sense marc de TQ ens permeten minimitzar la integració mecatrònica, ja que un dels nostres objectius principals és mantenir el volum i el pes dels nostres robots el més baix possible. Un avantatge addicionaltagUn d'aquests motors és el seu gran eix buit, que és crucial per encaminar el cablejat internament i aconseguir un disseny de robot net". Els motors TQ destaquen per la seva excepcional densitat de parell en comparació amb altres motors, el que significa que poden oferir el doble de parell a la mateixa mida o aconseguir el mateix parell a la meitat de la mida. TQ ho aconsegueix mitjançant una tecnologia de bobinat única que maximitza el factor d'ompliment de coure en comparació amb els motors elèctrics convencionals. Actualment, TQ és l'únic desenvolupador de motors del mercat que, gràcies a processos de fabricació especialitzats, capitalitza plenament els límits físics del farciment de coure: a cada mida de motor, és físicament impossible posar-hi més coure. Això ofereix als motors TQ el factor d'ompliment de coure més alt del mercat.
Juntament amb el DLR, TQ va aconseguir desenvolupar una nova tecnologia de motor amb la densitat de potència i el parell més alts en relació amb el pes i el volum.
El disseny compacte del sistema d'accionament permet un ús eficient de l'espai i la reducció de pes, reduint el centre de gravetat del robot i millorant l'estabilitat. Per exampEn un magatzem ocupat en una àrea urbana densament poblada o en una línia de muntatge, el disseny compacte permet al robot navegar per espais reduïts de manera eficaç i mantenir l'equilibri quan maniobra per zones concorregudes.
Els motors TQ tenen el factor d'ompliment de coure més alt del mercat. Dins de cada mida de motor, és físicament impossible afegir més coure.
Solidesa i fiabilitat
La robustesa i la fiabilitat dels motors també són factors crucials en les aplicacions de robòtica humanoide. Especialment durant la fase de prova, els robots són propensos a caigudes freqüents. Un disseny robust i sense manteniment garanteix que les articulacions romanguin intactes i funcionals durant tota la corba d'aprenentatge. Els motors s'enfronten als majors reptes a l'espai, on han de funcionar de manera fiable sota fluctuacions de temperatura de -40 °C a +125 °C (-40 °F a +257 °F). A l'ISS (Estació Espacial Internacional), es va utilitzar un motor TQ ILM-E al braç del robot ROKVISS, realitzant tasques precises en gravetat zero, de manera consistent i amb un alt rendiment durant cinc anys i centenars de proves.
Els motors TQ es van utilitzar al braç robòtic ROKVISS, que va dur a terme unes 500 proves amb èxit durant diversos anys a l'Estació Espacial Internacional (ISS). En escenaris d'aplicació industrial, com en un entorn de producció o magatzem, un robot humanoide encarregat d'aixecar càrregues pesades pot ocasionar caure articles o estar sotmès a impactes sobtats. La robustesa de les articulacions del robot protegeix contra danys, assegurant un funcionament continu i fiable fins i tot en condicions difícils.
Fabricació de robots humanoides
Altres factors rellevants per a la fabricació amb èxit de robots humanoides
Producció en sèrie i integració del motor en el disseny
Tenint en compte l'important potencial de mercat previst per a la robòtica humanoide, la integració del motor fàcilment implementada en dissenys personalitzats és un factor crucial per als fabricants de robots que volen passar de la producció de prototips a la producció en sèrie amb èxit. “Amb TQ, hem trobat un soci fantàstic en termes de qualitat i suport. L'equip tècnic de TQ ens ajuda a seleccionar kits de motor i reviewel disseny, assegurant una integració òptima entre les peces mecàniques i els components del kit del motor", diu Marchionni de PAL Robotics.
- TQ és més que un simple proveïdor de motors: TQ sovint integra els seus motors directament en carcasses personalitzades per als clients. Això significa que TQ no només proporciona motors i projectes de desenvolupament complets per a unitats d'engranatges de motor senceres, sinó que també s'especialitza a integrar els seus motors en carcasses específiques del client.
- Per a un important fabricant nord-americà de robots humanoides, TQ personalitza els motors amb una placa de cablejat dedicada, simplificant la integració i la connexió amb l'electrònica de potència. Aquí, l'àmplia experiència de TQ de més de 30 anys de desenvolupament d'electrònica resulta inestimable.
TQ dóna suport als clients des del subministrament de motors i la integració de l'habitatge fins al desenvolupament d'unitats de motor-engranatges completes, tot des d'una única font.
Motors estàndard o solucions personalitzades?
Els fabricants de robòtica sovint s'enfronten a la decisió d'escollir un proveïdor de motors que proporcioni components estàndard o optar per una solució personalitzada. A TQ, els clients poden seleccionar entre una gamma de mides estàndard, que adaptem a aplicacions específiques si cal. L'avançtagUn dels kits de servo sense marc de TQ és la seva flexibilitat en diàmetre i longitud de pila, que permet personalitzar el rendiment i les dimensions per a l'aplicació. Especialment per a volums de producció de més de cent unitats per any, una solució personalitzada pot ser la millor opció, proporcionant un control total sobre el disseny, els materials i el procés de fabricació.
TQ és un dels pocs proveïdors a Alemanya capaç d'industrialitzar robots complets, una capacitat que ja ha demostrat amb èxit.
El maquinari és dur
La dita "El maquinari és difícil" s'aplica correctament al desenvolupament i producció d'articulacions robòtiques i els components necessaris. Les competències bàsiques i la història d'alguns fabricants de robòtica humanoide es troben en la intel·ligència artificial i el programari, mentre que l'experiència en la industrialització de robots i el desenvolupament de la mecatrònica és menys freqüent. A més, sovint es subestima la complexitat de desenvolupar i produir sistemes com les articulacions robòtiques.
En aquest context, pot tenir sentit confiar en líders tecnològics en els seus respectius camps. Entre altres coses, TQ desenvolupa motor-engranatges complets per a aplicacions mòbils.
- Sensodrive, fabricant de mòduls d'accionament robòtics i guanyador de l'Innovationspreis Bayern 2024, està ajudant a reduir significativament el temps de llançament al mercat en el desenvolupament de robots mèdics.
- Els sistemes d'accionament complets també poden estalviar un temps valuós en la carrera actual per crear el primer robot humanoide produït en massa.
Sensodrive fabrica sistemes d'accionament complets certificats, que incorporen els motors sense marc de TQ. © Sensodrive
Sobre l'autor
Robert Vogel és el director de vendes i desenvolupament empresarial de la divisió TQ-Ro-boDrive, que desenvolupa i produeix sistemes d'accionament personalitzats per a aplicacions exigents. Enginyer industrial, Robert Vogel té més de 20 anys d'experiència en les indústries de l'automatització i la robòtica.
Ubicació de TQ a Inning am Ammersee
L'empresa tecnològica TQ-Group ofereix una gamma completa de serveis, des del desenvolupament, producció i servei fins a la gestió del cicle de vida del producte. Aquests serveis cobreixen conjunts, dispositius i sistemes, inclosos el maquinari, el programari i la mecànica. TQ ofereix serveis adaptats a les seves necessitats específiques. Els productes estàndard, com ara mòduls de microcontroladors preparats per a utilitzar, accionaments i solucions d'automatització, milloren encara més l'oferta de serveis.
El TQ-Group dóna feina a unes 2,000 persones a les seves ubicacions a Delling, Seefeld, Inning, Murnau, Peissenberg, Peiting, Durach a Allgäu, Wetter an der Ruhr, Chemnitz, Leipzig, Fontaines (Suïssa), Xangai (Xina) i Chesapeake (EUA).
INFORMACIÓ DE CONTACTE
- El teu contacte amb TQ
- Voleu obtenir més informació sobre com TQ us pot donar suport amb motors de parell sense marc?
- robert.vogel@tq-group.com
- +49 176 10930915
- tq-robodrive.com
MÉS INFORMACIÓ
Referències:
- www.horvath-partners.com/de/media-center/studien/humanoide-roboter-inoperations
- www.goldmansachs.com/intelligence/pages/the-global-market-for-robots-could-reach-38-billion-by-2035.html
- www.horvath-partners.com/de/media-center/studien/humanoide-roboter-inoperations
- Morgan Stanley & Co. LLC: Humanoids: Investment Implications of Embodied AI (26 de juny de 2024)
© TQ-Systems GmbH 2024 | Totes les dades només tenen finalitat informativa | Subjecte a canvis sense previ avís | DRVA_Whitepaper_RoboDrive_Frameless_EN_Rev0102
Documents/Recursos
 |
LLIBRE BLANC TQ Robots humanoides [pdfManual del propietari LLIBRE BLANC Robots Humanoides, LLIBRE BLANC, Robots Humanoides, Robots |
