TQ WHITEPAPER Robots humanoides

Instrucións de uso do produto

Acabadoview

Os actuadores do robot humanoide de TQ están deseñados para proporcionar movementos similares aos humanos no hardware robótico. Estes motores son compoñentes cruciais para conseguir movementos versátiles e precisos en robots humanoides.

Factores para a selección de motores

A selección de motores para as articulacións dos robots humanoides é crucial para conseguir movementos similares aos humanos. Os factores clave a considerar inclúen a precisión, o par e as velocidades de rotación. Os motores de par de TQ están deseñados especificamente para cumprir estes requisitos.

Precisión e conta de pares de polos

A precisión dos motores eléctricos está directamente influenciada polo número de pares de polos. Os servomotores de TQ enfatizan un alto número de pares de polos para garantir un control, posicionamento e regulación precisos en robots humanoides.

Instalación e Mantemento

Ao instalar os actuadores, asegúrese de que o aliñamento e o montaxe sexan correctos para evitar problemas de desalineación durante o funcionamento. Recoméndase realizar controis de mantemento periódicos para garantir un rendemento e unha lonxevidade óptimos dos motores.

Preguntas frecuentes

• P: Cales son as principais aplicacións dos robots humanoides?
  • R: Os robots humanoides son particularmente prometedores na produción e na loxística, especialmente para tarefas intensivas en traballo, esixentes fisicamente e repetitivas.
• P: Como contribúen os motores de par aos movementos humanos nos robots?
  • R: Os motores de par proporcionan un alto par a baixas velocidades de rotación, o que permite movementos precisos e controlados esenciais para reproducir movementos similares aos humanos.

INFORMACIÓN DO PRODUTO

LIBRO BRANCO

A unidade detrás do movemento Motores de par sen marco para robots humanoides: a túa guía para a selección e implementación exitosas

robots humanoides

O seguinte S evolutivotage en Robótica: Robots Humanoides

Os robots humanoides, coa súa capacidade de imitar a forma e o movemento humanos, representan o seguinte s evolutivotage en robótica e levan unha fascinación única. Estes robots presentan unha forma humana, equipados con membros articulados (denominados graos de liberdade) e poden operar de forma autónoma mediante o control da intelixencia artificial, con capacidades en habilidades motoras finas e aprendizaxe automática. Todas estas habilidades fan que os robots humanoides sexan moi versátiles, aínda que o seu despregamento supón actualmente custos máis elevados en comparación cos cobots e os robots industriais. Ademais, os robots humanoides adoitan ter un deseño modular, facilitando o mantemento, as reparacións e as actualizacións.1

Robot humanoide TALOS de PAL Robotics © PAL Robotics

Carreira á Comercialización

Oportunidades de mercado e carreira cara á comercialización

A carreira para desenvolver o primeiro robot humanoide comercialmente viable é unha das tendencias máis emocionantes do mundo tecnolóxico. Segundo as análises do banco de investimento Goldman Sachs, o mercado dos robots humanoides podería alcanzar un volume de 35 millóns de dólares en 2033. Esta impresionante cifra pon de relevo o gran potencial desta tecnoloxía para o futuro.2

Actualmente, numerosas empresas en todo o mundo están a traballar en robots humanoides para uso comercial, e moitas delas proveñen de servomotores de TQ para este fin.

Unha análise de mercado da consultora de xestión Horváth de marzo de 2024 proxecta que os primeiros robots semellantes aos humanos poderían entrar na produción en serie para uso industrial xa en 2025. As súas aplicacións son especialmente prometedoras na produción e na loxística, especialmente para tarefas intensivas en man de obra, esixentes fisicamente e repetitivas.3

Os cobots e os robots industriais son moi axeitados para tarefas sinxelas e repetitivas.

Actuadores

A clave para o movemento humano no hardware de robótica

En termos de hardware, os actuadores xogan un papel crucial na consecución de movementos semellantes aos humanos en robots humanoides. Estes compoñentes actúan como o equivalente robótico das articulacións e músculos humanos, permitindo movementos tanto rotacionais como lineais dentro dun sistema. Os actuadores están compostos por unha combinación de engrenaxes, motores, sensores, rodamentos e codificadores. Cantos máis graos de liberdade sexan necesarios, máis actuadores son necesarios. Actualmente, os robots humanoides en desenvolvemento son capaces de acadar entre 16 e 60 graos de liberdade. A medida que avance o desenvolvemento, os robots humanoides necesitarán aínda máis actuadores para permitir unha maior liberdade de movemento, acomodando aplicacións cada vez máis complexas. Os conceptos de hardware poden variar significativamente en función dos requisitos específicos de rango de movemento, deseño da man, sensibilidade do sensor e outros factores.4 O corpo robótico humanoide consta principalmente de actuadores, xunto con sistemas de apoio como sensores, paquetes de baterías, compoñentes estruturais e sistemas de refrixeración. A seguinte sección ofrece un finalview dos requisitos que debe cumprir o motor dun robot humanoide para permitir o movemento humano.4

A orixe da tecnoloxía RoboDrive atópase no Instituto de Robótica e Mecatrónica do Centro Aeroespacial Alemán (DLR). Co seu gran eixe oco e o seu deseño lixeiro sen marco, estes motores son idóneos para módulos de accionamento robótico.

Articulacións do robot humanoide

Factores para seleccionar motores para articulacións do robot humanoide

Os movementos humanos pódense controlar mediante sistemas de accionamento eléctricos, hidráulicos ou pneumáticos. Actualmente, a práctica predominante é utilizar actuadores específicos compostos por unha caixa de cambios, motor de par, codificador e controlador de motor. Os motores de par son motores eléctricos de polo alto que proporcionan un alto par a velocidades de rotación relativamente baixas.

A continuación descríbese os requisitos do sistema que son cruciais para a selección do motor nun robot humanoide.

Precisión

Para que un robot realice movementos controlados, fluídos e versátiles, a precisión do motor é fundamental. Canto máis precisa sexa a condución, máis directa será a conexión entre o movemento do robot e o seu "proceso visual", que inclúe sensores e tecnoloxía de cámara. Cada articulación está definida por vectores tridimensionais e, para obter a máxima precisión, é esencial que os motores, especialmente cando se combinan en varias articulacións, consigan constantemente a posición "correcta". Mesmo pequenas desviacións nas articulacións individuais, como a cadeira, o xeonllo e o nocello, poden acumularse, o que provoca desaxustes significativos. A precisión dun motor eléctrico aumenta co chamado reconto de pares de polos, un factor clave que inflúe no comportamento do motor, xa que incide directamente no control, posicionamento e regulación. Ao deseñar os seus servomotores sen marco, o Grupo TQ fai un gran énfase en lograr un alto número de pares de polos. O cliente de TQ, PAL Robotics, tamén entende que a precisión é un factor decisivo para o éxito comercial dun robot humanoide.

A precisión dun motor eléctrico aumenta co número de pares de polos.

"Os motores eléctricos TQ ofrecen un control de posición e torque moi preciso nunha ampla gama de condicións, desde baixa velocidade e alto par ata alta velocidade e baixo par. Isto é esencial para os movementos naturais e fluídos que se esperan dos robots humanoides. Esta coherencia é especialmente valiosa en ambientes onde os robots interactúan cos humanos, mellorando a aceptación da tecnoloxía".Director de Tecnoloxía Luca Marchionni, PAL Robotics con TALOS. © PAL Robotics

(De esquerda a dereita) Robert Vogel e David Hastings, TQ-Group, con Jonathan Hurst, Chief Robot Officer de Agility Robotics no Robotics Summit 2024

Tempo de resposta e dinámica

• O ambiente no que se moven os humanos e, en consecuencia, os robots humanoides, é volátil e cambia constantemente. Os motores deben ser capaces de responder e adaptarse rapidamente a calquera cambio ambiental (por exemplo, se un robot entra nun burato inesperado ou atopa unha superficie que cambia). Para que un robot humanoide reaccione de forma flexible e rápida aos cambios, necesita un control dinámico excepcional, unha manexabilidade precisa e tempos de resposta rápidos. A dinámica dun motor eléctrico refírese á súa capacidade para responder con rapidez e precisión aos cambios na carga ou na entrada de control. Esta capacidade dinámica é esencialmente o ben que un motor pode axustar a súa velocidade, posición ou par en condicións variables. Manter a estabilidade dun robot durante o movemento, como camiñar, correr ou realizar tarefas complexas, require un equilibrio dinámico. Isto implica estratexias de control avanzadas para adaptarse instantáneamente ás condicións que cambian rapidamente. Agility Robotics, un fabricante de robots humanoides, demostra nun vídeo como son as pernas articuladas críticas para a funcionalidade humanoide en diversos ambientes.
• Como consegue un actuador eléctrico un tempo de resposta e unha dinámica tan elevados? Para reaccionar en tempo real, é necesario un par moi alto brevemente, como cando se axusta o movemento do pé para aliñarse cun burato inesperado no chan. Este par increméntase en breve varias veces, unha capacidade denominada capacidade de sobrecarga dun servomotor ou par máximo, é dicir, o par máximo que pode xerar un motor durante un curto período de tempo. O par máximo dos motores TQ é aproximadamente tres veces superior ao seu par nominal ou ao par continuo sostible durante longos períodos. En concreto, os motores TQ alcanzan un par máximo no rango de dous díxitos Newton-meter (Nm), proporcionando unha capacidade de sobrecarga líder na industria.

Jonathan Hurst de Agility Robotics ilustra neste vídeo as aplicacións nas que as pernas están especialmente avanzadastageous para robots humanoides.

Grazas á tecnoloxía de bobinado única, os motores TQ conseguen perdas de cobre moi baixas.

Eficiencia e consumo de enerxía

A eficiencia, en concreto, a cantidade de perda de enerxía durante a duración da batería, determina canto tempo pode funcionar un robot humanoide alimentado por batería. A alta eficiencia, conseguida grazas a baixas perdas de cobre, amplía directamente a vida útil da batería. As perdas de cobre refírense ás perdas de enerxía causadas pola resistencia eléctrica nos devanados dun motor, que se disipan en forma de calor e son unha das principais fontes de perda de enerxía nas máquinas eléctricas. Os motores con altas perdas de potencia consumen máis electricidade, o que reduce a duración da batería e, en consecuencia, limita o tempo de funcionamento. Isto significa que a eficiencia é un factor moito máis crítico para os robots humanoides móbiles alimentados por batería que para os robots colaborativos (cobots) que están conectados a unha fonte de enerxía. En aplicacións prácticas, como a industria, a saúde ou o comercio polo miúdo, a alta eficiencia é esencial para o funcionamento continuo dos robots humanoides. Os motores de par TQ alcanzan unha eficiencia do 90 por cento ou superior, con perdas de cobre particularmente baixas medidas en vatios. Estes valores adoitan especificarse nas follas de datos como eficiencia ou perdas de cobre a temperatura ambiente.

Densidade de par e compacidade

A densidade de torque dun motor eléctrico é unha medida de canto torque pode xerar o motor por unidade de volume ou peso. A densidade de par é un factor crucial para o rendemento e a compacidade dun motor, especialmente importante en aplicacións nas que o peso é crítico, como en robótica. O peso total dun robot humanoide está determinado en gran medida polo peso das súas articulacións. Canto máis lixeiros sexan os motores destas articulacións, menor será o peso total, o que ten un impacto positivo na duración da batería, a carga útil e a dinámica. Na industria, este factor de peso adoita denominarse "muscular".

• Os motores TQ son excepcionalmente lixeiros e densos en potencia, o que permite aos fabricantes de robótica reducir significativamente o peso e o espazo de instalación mantendo un rendemento constante.

O peso adicional é unha desvantaxetage para un robot humanoide, xa que un deseño máis delgado mellora o dinamismo, a velocidade e, especialmente, a capacidade de transportar cargas útiles máis pesadas. O cliente de TQ PAL Robotics cita este avance de pesotage como un motivo clave para escoller os motores de rotor interno (ILM) de TQ.

• "Escollemos os motores ILM porque ofrecen unha relación par-peso inigualable. Os motores TQ teñen o factor de recheo de cobre máis alto do mercado. É fisicamente imposible encaixar máis cobre dentro de cada tamaño de motor". Luca Marchionni, CTO, PAL Robotics

Luca Marchionni, CTO da empresa española de robótica fundada en 2004, explica: “Escollemos os motores ILM porque ofrecen unha relación par-peso inigualable. Os tamaños e configuracións de motores dispoñibles eran un axuste perfecto aos requisitos aos que nos enfrontamos ao deseñar varias articulacións do robot, desde o nocello ata o pescozo. […] Os kits de servos sen marco de TQ permítennos minimizar a integración mecatrónica, xa que un dos nosos principais obxectivos é manter o volume e o peso dos nosos robots o máis baixo posible. Un avance adicionaltagUn destes motores é o seu gran eixe oco, que é fundamental para enrutar o cableado internamente e conseguir un deseño de robot limpo". Os motores TQ destacan pola súa excepcional densidade de par en comparación con outros motores, o que significa que poden entregar o dobre do par ao mesmo tamaño ou acadar o mesmo par á metade do tamaño. TQ consegue isto a través dunha tecnoloxía de enrolamento única que maximiza o factor de recheo de cobre en comparación cos motores eléctricos enrolados convencionalmente. Actualmente, TQ é o único desarrollador de motores do mercado que, grazas a procesos de fabricación especializados, aproveita plenamente os límites físicos do recheo de cobre: ​​en cada tamaño de motor, é fisicamente imposible encaixar máis cobre. Isto dá aos motores TQ o factor de recheo de cobre máis alto do mercado.

Xunto co DLR, TQ logrou desenvolver unha nova tecnoloxía de motor coa maior densidade de potencia e par en relación ao peso e ao volume.

O deseño compacto do sistema de accionamento permite un uso eficiente do espazo e redución de peso, baixando o centro de gravidade do robot e mellorando a estabilidade. Por exampLe, nun almacén concurrido nunha zona urbana densamente poboada ou nunha cadea de montaxe, o deseño compacto permite que o robot navegue por espazos reducidos de forma eficaz e manteña o equilibrio ao manobrar por zonas ateigadas.

Os motores TQ teñen o factor de recheo de cobre máis alto do mercado. Dentro de cada tamaño de motor, é fisicamente imposible engadir máis cobre.

Robusteza e fiabilidade

A robustez e fiabilidade dos motores tamén son factores cruciais nas aplicacións de robótica humanoide. Especialmente durante a fase de proba, os robots son propensos a caídas frecuentes. Un deseño robusto e sen mantemento garante que as xuntas permanezan intactas e funcionais durante toda a curva de aprendizaxe. Os motores enfróntanse aos maiores desafíos no espazo, onde deben funcionar de forma fiable baixo flutuacións de temperatura de -40 °C a +125 °C (-40 °F a +257 °F). Na ISS (Estación Espacial Internacional), utilizouse un motor TQ ILM-E no brazo do robot ROKVISS, realizando tarefas precisas en gravidade cero, de forma consistente e con alto rendemento durante cinco anos e centos de probas.

Os motores TQ utilizáronse no brazo robótico ROKVISS, que realizou preto de 500 probas exitosas durante varios anos na Estación Espacial Internacional (ISS). En escenarios de aplicacións industriais, como nun entorno de produción ou almacén, un robot humanoide encargado de levantar cargas pesadas pode ocasionalmente deixar caer elementos ou ser sometido a impactos repentinos. A robustez das articulacións do robot protexe contra danos, garantindo un funcionamento continuo e fiable mesmo en condicións difíciles.

Fabricación de robots humanoides

Outros factores relevantes para a fabricación exitosa de robots humanoides

Produción en serie e integración de motores no deseño

Dado o importante potencial de mercado previsto para a robótica humanoide, a integración do motor facilmente implementada en deseños personalizados é un factor crucial para os fabricantes de robots que pretenden pasar de prototipo á produción en serie con éxito. "Con TQ, atopamos un compañeiro fantástico en termos de calidade e apoio. O equipo técnico de TQ axúdanos na selección de kits de motor e reviewo deseño, garantindo unha integración óptima entre as pezas mecánicas e os compoñentes do kit do motor", di Marchionni de PAL Robotics.

• TQ é máis que un provedor de motores: TQ adoita integrar os seus motores directamente en carcasas personalizadas para os clientes. Isto significa que TQ non só ofrece motores e proxectos de desenvolvemento completos para unidades de motor-engrenaxe enteiras, senón que tamén se especializa na integración dos seus motores en carcasas específicas do cliente.
• Para un destacado fabricante estadounidense de robots humanoides, TQ personaliza os motores cunha placa de cableado dedicada, simplificando a integración e a conexión coa electrónica de potencia. Aquí, a ampla experiencia de TQ de máis de 30 anos de desenvolvemento de produtos electrónicos resulta inestimable.

TQ apoia aos clientes desde a subministración de motores e a integración da vivenda ata o desenvolvemento de unidades de motor-engrenaxe completas, todo dende unha única fonte.

Motores estándar ou solucións personalizadas?

Os fabricantes de robótica a miúdo enfróntanse á decisión de escoller un provedor de motores que proporcione compoñentes estándar ou optar por unha solución personalizada. En TQ, os clientes poden seleccionar entre unha variedade de tamaños estándar, que adaptamos a aplicacións específicas se é necesario. O adiantotagO dos kits de servos sen marco de TQ é a súa flexibilidade en diámetro e lonxitude de pila, o que permite personalizar o rendemento e as dimensións da aplicación. Especialmente para volumes de produción de máis de cen unidades ao ano, unha solución personalizada pode ser a mellor opción, proporcionando un control total sobre o deseño, os materiais e o proceso de fabricación.TQ é un dos poucos provedores en Alemaña capaz de industrializar robots completos, unha capacidade que xa demostrou con éxito.

O hardware é difícil

O dito "O hardware é difícil" aplícase acertadamente ao desenvolvemento e produción de xuntas robóticas e os seus compoñentes necesarios. As competencias básicas e a historia dalgúns fabricantes de robótica humanoide atópanse na intelixencia artificial e o software, mentres que a experiencia na industrialización de robots e no desenvolvemento da mecatrónica é menos común. Ademais, a complexidade de desenvolver e producir sistemas como articulacións robóticas adoita subestimarse.

Neste contexto, pode ter sentido confiar nos líderes tecnolóxicos nos seus respectivos campos. Entre outras cousas, TQ desenvolve motorreductores completos para aplicacións móbiles.

• Sensodrive, fabricante de módulos de accionamento de robótica e gañador do Innovationspreis Bayern 2024, está a contribuír a reducir significativamente o tempo de comercialización no desenvolvemento de robots médicos.
• Os sistemas de condución completos tamén poden aforrar un tempo valioso na carreira actual para crear o primeiro robot humanoide producido en masa.

Sensodrive fabrica sistemas de accionamento completos certificados, que incorporan os motores sen marco de TQ. © Sensodrive

Sobre o autor

Robert Vogel é xestor de vendas e desenvolvemento empresarial na división TQ-Ro-boDrive, que desenvolve e produce sistemas de accionamento personalizados para aplicacións esixentes. Robert Vogel, enxeñeiro industrial, ten máis de 20 anos de experiencia nas industrias de automatización e robótica.

Localización de TQ en Inning am Ammersee

A empresa tecnolóxica TQ-Group ofrece unha gama completa de servizos, desde o desenvolvemento, a produción e o servizo ata a xestión do ciclo de vida do produto. Estes servizos abarcan conxuntos, dispositivos e sistemas, incluíndo hardware, software e mecánica. TQ ofrece servizos adaptados ás súas necesidades específicas. Os produtos estándar, como os módulos de microcontroladores listos para usar, as solucións de accionamento e de automatización, melloran aínda máis a oferta de servizos.

O TQ-Group emprega a preto de 2,000 persoas nas súas localizacións en Delling, Seefeld, Inning, Murnau, Peissenberg, Peiting, Durach en Allgäu, Wetter an der Ruhr, Chemnitz, Leipzig, Fontaines (Suíza), Shanghái (China) e Chesapeake (Estados Unidos).

INFORMACIÓN DE CONTACTO

• O teu contacto con TQ
  • Gustaríache saber máis sobre como TQ pode apoiarte con motores de par sen marco?
• robert.vogel@tq-group.com
• +49 176 10930915
• tq-robodrive.com

MÁIS INFORMACIÓN

Referencias:

• 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 xuño de 2024)

© TQ-Systems GmbH 2024 | Todos os datos son só para fins informativos | Suxeito a cambios sen previo aviso | DRVA_Whitepaper_RoboDrive_Frameless_EN_Rev0102

Documentos/Recursos

TQ WHITEPAPER Robots humanoides [pdfManual do propietario WHITEPAPER Robots humanoides, WHITEPAPER, Robots humanoides, Robots

Referencias

• Manual de usuario