TQ WHITEPAPER Manual Pemilik Robot Humanoid

Penggerak robot humanoid daripada TQ direka untuk menyediakan pergerakan seperti manusia dalam perkakasan robotik. Motor ini adalah komponen penting untuk mencapai gerakan yang serba boleh dan tepat dalam robot humanoid.

Faktor Memilih Motor

Pemilihan motor untuk sambungan robot humanoid adalah penting untuk mencapai pergerakan seperti manusia. Faktor utama yang perlu dipertimbangkan termasuk ketepatan, tork dan kelajuan putaran. Motor tork TQ direka khusus untuk memenuhi keperluan ini.

Ketepatan dan Kiraan Pasangan Tiang

Ketepatan motor elektrik secara langsung dipengaruhi oleh bilangan pasangan kutub. Servomotor TQ menekankan kiraan pasangan kutub yang tinggi untuk memastikan kawalan, kedudukan dan peraturan yang tepat dalam robot humanoid.

Pemasangan dan Penyelenggaraan

Semasa memasang penggerak, pastikan penjajaran yang betul dan pemasangan selamat untuk mengelakkan masalah salah jajaran semasa operasi. Pemeriksaan penyelenggaraan tetap disyorkan untuk memastikan prestasi optimum dan jangka hayat motor.

Soalan Lazim

S: Apakah aplikasi utama robot humanoid?
- J: Robot humanoid sangat menjanjikan dalam pengeluaran dan logistik, terutamanya untuk tugasan intensif buruh, menuntut secara fizikal dan berulang.
S: Bagaimanakah motor tork menyumbang kepada pergerakan seperti manusia dalam robot?
- J: Motor kilas memberikan tork yang tinggi pada kelajuan putaran rendah, membolehkan pergerakan yang tepat dan terkawal penting untuk mereplikasi gerakan seperti manusia.

MAKLUMAT PRODUK

KERTAS PUTIH

Pemacu di sebalik pergerakan Motor tork tanpa bingkai untuk robot humanoid – panduan anda untuk pemilihan dan pelaksanaan yang berjaya

robot humanoid

Evolusi Seterusnya Stage dalam Robotik: Robot Humanoid

Robot humanoid, dengan keupayaan mereka untuk meniru bentuk dan pergerakan manusia, mewakili s evolusi seterusnyatage dalam robotik dan membawa daya tarikan yang unik. Robot ini menampilkan bentuk seperti manusia, dilengkapi dengan anggota badan yang bercantum – dirujuk sebagai darjah kebebasan – dan boleh beroperasi secara autonomi melalui kawalan kecerdasan buatan, dengan keupayaan dalam kemahiran motor halus dan pembelajaran mesin. Kesemua kebolehan ini menjadikan robot humanoid sangat serba boleh, walaupun penggunaannya pada masa ini melibatkan kos yang lebih tinggi berbanding kobot dan robot industri. Selain itu, robot humanoid biasanya mempunyai reka bentuk modular, memudahkan penyelenggaraan, pembaikan dan peningkatan.1

Robot Humanoid TALOS oleh PAL Robotics © PAL Robotics

Perlumbaan ke Pengkomersilan

Peluang Pasaran dan Perlumbaan ke Pengkomersialan

Perlumbaan untuk membangunkan robot humanoid pertama yang berdaya maju secara komersial adalah salah satu trend paling menarik dalam dunia teknologi. Menurut analisis oleh bank pelaburan Goldman Sachs, pasaran untuk robot humanoid boleh mencapai jumlah $35 bilion menjelang 2033. Angka yang mengagumkan ini menyerlahkan potensi besar teknologi ini untuk masa hadapan.2

Pada masa ini, banyak syarikat di seluruh dunia sedang mengusahakan robot humanoid untuk kegunaan komersil, dengan kebanyakan mereka mendapatkan sumber motor servo daripada TQ untuk tujuan ini.

Analisis pasaran oleh perunding pengurusan Horváth dari Mac 2024 mengunjurkan bahawa robot seperti manusia pertama boleh memasuki pengeluaran bersiri untuk kegunaan industri seawal tahun 2025. Aplikasi mereka amat menjanjikan dalam pengeluaran dan logistik, terutamanya untuk tugasan intensif buruh, menuntut fizikal dan berulang.3

Kobot dan robot industri sangat sesuai untuk tugasan yang mudah dan berulang.

Penggerak

Kunci Pergerakan Seperti Manusia dalam Perkakasan Robotik

Dari segi perkakasan, penggerak memainkan peranan penting dalam mencapai pergerakan seperti manusia dalam robot humanoid. Komponen ini bertindak sebagai robot yang setara dengan sendi dan otot manusia, membolehkan kedua-dua pergerakan putaran dan linear dalam sistem. Penggerak terdiri daripada gabungan gear, motor, penderia, galas dan pengekod. Lebih banyak darjah kebebasan yang diperlukan, lebih banyak penggerak diperlukan. Pada masa ini, robot humanoid yang sedang dibangunkan mampu mencapai antara 16 dan 60 darjah kebebasan. Semasa pembangunan berlangsung, robot humanoid akan memerlukan lebih banyak penggerak untuk membolehkan kebebasan pergerakan yang lebih besar, menampung aplikasi yang semakin kompleks. Konsep perkakasan boleh berbeza dengan ketara berdasarkan keperluan khusus untuk julat pergerakan, reka bentuk tangan, kepekaan penderia dan faktor lain.4 Badan robot humanoid terutamanya terdiri daripada penggerak, bersama-sama dengan sistem sokongan seperti penderia, pek bateri, komponen struktur dan sistem penyejukan. Bahagian seterusnya menyediakan overview daripada keperluan yang perlu dipenuhi oleh motor robot humanoid untuk membolehkan pergerakan seperti manusia.4

Asal usul teknologi RoboDrive terletak pada Institut Robotik dan Mekatronik di Pusat Aeroangkasa Jerman (DLR). Dengan aci berongga yang besar dan reka bentuk ringan tanpa bingkai, motor ini sangat sesuai untuk modul pemacu robotik.

Sendi Robot Humanoid

Faktor Memilih Motor untuk Sambungan Robot Humanoid

Pergerakan seperti manusia boleh dikawal menggunakan sistem pemacu elektrik, hidraulik atau pneumatik. Pada masa ini, amalan utama adalah menggunakan penggerak khusus yang terdiri daripada kotak gear, motor tork, pengekod dan pengawal motor. Motor kilas ialah motor elektrik kutub tinggi yang memberikan tork tinggi pada kelajuan putaran yang agak rendah.

Berikut menggariskan keperluan sistem yang penting untuk pemilihan motor dalam robot humanoid.

Ketepatan

Untuk robot melakukan pergerakan terkawal, cecair dan serba boleh, ketepatan motor adalah penting. Lebih tepat pemacuan, lebih tepat hubungan antara pergerakan robot dan "proses visual"nya, yang merangkumi penderia dan teknologi kamera. Setiap sambungan ditakrifkan oleh vektor tiga dimensi, dan untuk ketepatan maksimum, adalah penting bahawa motor - terutamanya apabila digabungkan merentasi berbilang sambungan - secara konsisten mencapai kedudukan "betul". Malah penyimpangan kecil pada sendi individu, seperti pinggul, lutut, dan buku lali, boleh terkumpul, yang membawa kepada salah jajaran yang ketara. Ketepatan motor elektrik meningkat dengan apa yang dipanggil kiraan pasangan kutub, faktor utama yang mempengaruhi tingkah laku motor, kerana ia secara langsung memberi kesan kepada kawalan, kedudukan dan peraturan. Dalam mereka bentuk motor servo tanpa bingkai mereka, TQ-Group memberi penekanan yang kuat untuk mencapai kiraan pasangan kutub yang tinggi. Pelanggan TQ, PAL Robotics, juga memahami bahawa ketepatan adalah faktor penentu kejayaan komersial robot humanoid.

Ketepatan motor elektrik bertambah dengan bilangan pasangan kutub.

“Motor elektrik TQ menawarkan kedudukan dan kawalan tork yang sangat tepat merentasi pelbagai keadaan, daripada kelajuan rendah dan tork tinggi kepada kelajuan tinggi dan tork rendah. Ini penting untuk pergerakan bendalir semula jadi yang diharapkan daripada robot humanoid. Konsistensi ini amat berharga dalam persekitaran di mana robot berinteraksi dengan manusia, meningkatkan penerimaan teknologi."Ketua Pegawai Teknologi Luca Marchionni, Robotik PAL dengan TALOS. © Robotik PAL

(Dari kiri ke kanan) Robert Vogel dan David Hastings, TQ-Group, bersama Jonathan Hurst, Ketua Pegawai Robot, Agility Robotics di Sidang Kemuncak Robotik 2024

Masa Tindak Balas dan Dinamik

Persekitaran di mana manusia - dan seterusnya robot humanoid - bergerak adalah tidak menentu dan sentiasa berubah. Motor mesti boleh bertindak balas dan menyesuaikan diri dengan cepat kepada sebarang anjakan persekitaran (cth, jika robot melangkah ke dalam lubang yang tidak dijangka atau menemui permukaan yang berubah). Untuk robot humanoid bertindak balas secara fleksibel dan pantas kepada perubahan, ia memerlukan kawalan dinamik yang luar biasa, kebolehurusan yang tepat dan masa tindak balas yang pantas. Dinamik motor elektrik merujuk kepada keupayaannya untuk bertindak balas dengan cepat dan tepat kepada perubahan dalam beban atau input kawalan. Keupayaan dinamik ini pada asasnya ialah sejauh mana motor boleh melaraskan kelajuan, kedudukan atau torknya dalam keadaan yang berbeza-beza. Mengekalkan kestabilan robot semasa pergerakan, seperti berjalan, berlari atau melakukan tugas yang kompleks, memerlukan keseimbangan dinamik. Ini melibatkan strategi kawalan lanjutan untuk menyesuaikan diri serta-merta kepada keadaan yang berubah dengan pantas. Agility Robotics, pengeluar robot humanoid, menunjukkan dalam video betapa kritikalnya kaki bersendi untuk fungsi humanoid dalam pelbagai persekitaran.

Bagaimanakah penggerak elektrik mencapai masa tindak balas yang tinggi dan dinamik? Untuk bertindak balas dalam masa nyata, tork yang sangat tinggi diperlukan secara ringkas, seperti semasa melaraskan pergerakan kaki agar sejajar dengan lubang yang tidak dijangka di dalam tanah. Tork ini ditambah beberapa kali ganda, keupayaan yang dirujuk sebagai kapasiti beban lampau bagi motor servo atau tork puncak – iaitu, daya kilas maksimum yang boleh dihasilkan oleh motor untuk tempoh yang singkat. Tork puncak motor TQ adalah kira-kira tiga kali lebih tinggi daripada tork nominalnya atau tork berterusan yang mampan dalam tempoh yang lama. Khususnya, motor TQ mencapai tork puncak dalam julat New-ton-meter (Nm) dua digit, memberikan kapasiti lebihan beban yang terkemuka dalam industri.

Jonathan Hurst dari Agility Robotics menggambarkan dalam video ini aplikasi di mana kaki terutamanya advantageous untuk robot humanoid.

Terima kasih kepada teknologi penggulungan yang unik, motor TQ mencapai kehilangan tembaga yang sangat rendah.

Kecekapan dan Penggunaan Kuasa

Kecekapan – khususnya, jumlah kehilangan kuasa sepanjang hayat bateri – menentukan berapa lama robot humanoid berkuasa bateri boleh beroperasi. Kecekapan tinggi, dicapai melalui kehilangan tembaga yang rendah, secara langsung memanjangkan hayat bateri. Kehilangan kuprum merujuk kepada kehilangan tenaga yang disebabkan oleh rintangan elektrik dalam belitan motor, yang hilang sebagai haba dan merupakan salah satu sumber utama kehilangan tenaga dalam mesin elektrik. Motor dengan kehilangan kuasa tinggi menggunakan lebih banyak elektrik, yang mengurangkan hayat bateri dan seterusnya mengehadkan masa operasi. Ini bermakna kecekapan adalah faktor yang lebih kritikal untuk robot humanoid mudah alih berkuasa bateri berbanding robot kolaboratif (kobot) yang disambungkan kepada sumber kuasa. Dalam aplikasi praktikal, seperti dalam industri, penjagaan kesihatan atau runcit, kecekapan tinggi adalah penting untuk operasi berterusan robot humanoid. Motor tork TQ mencapai kecekapan 90 peratus atau lebih tinggi, dengan kehilangan tembaga terutamanya rendah diukur dalam watt. Nilai ini biasanya dinyatakan dalam lembaran data sebagai kecekapan atau kehilangan tembaga pada suhu bilik.

Ketumpatan dan Kekompakan Tork

Ketumpatan tork motor elektrik ialah ukuran berapa banyak tork yang boleh dihasilkan oleh motor bagi setiap unit isipadu atau berat. Ketumpatan tork ialah faktor penting untuk prestasi dan kekompakan motor, terutamanya penting dalam aplikasi yang beratnya kritikal - seperti dalam robotik. Berat keseluruhan robot humanoid sebahagian besarnya ditentukan oleh berat sendinya. Lebih ringan motor dalam sambungan ini, lebih rendah jumlah berat, yang mempunyai kesan positif pada hayat bateri, muatan dan dinamik. Dalam industri, faktor berat ini sering dirujuk sebagai "berotot."

Motor TQ sangat ringan dan padat kuasa, membolehkan pengeluar robotik mengurangkan berat dan ruang pemasangan dengan ketara sambil mengekalkan prestasi yang konsisten.

Berat tambahan adalah disadvantage untuk robot humanoid, kerana reka bentuk yang lebih kurus meningkatkan kedinamikan, kelajuan, dan terutamanya keupayaan untuk membawa muatan yang lebih berat. TQ customer PAL Robotics citer advan berat nitage sebagai sebab utama untuk memilih motor rotor dalam TQ (ILM).

“Kami memilih motor ILM kerana ia menawarkan nisbah tork kepada berat yang tidak dapat ditandingi. Motor TQ mempunyai faktor isian tembaga tertinggi di pasaran. Secara fizikalnya mustahil untuk memuatkan lebih banyak tembaga dalam setiap saiz motor." Luca Marchionni, CTO, Robotik PAL

Luca Marchionni, CTO syarikat robotik Sepanyol yang diasaskan pada tahun 2004, menerangkan: “Kami memilih motor ILM kerana ia menawarkan nisbah tork kepada berat yang tidak dapat ditandingi. Saiz dan konfigurasi motor yang tersedia sangat sesuai untuk keperluan yang kami hadapi dalam mereka bentuk pelbagai sendi robot, dari buku lali ke leher. […] Kit servo tanpa bingkai TQ membolehkan kami meminimumkan integrasi mekatronik, kerana salah satu matlamat utama kami adalah untuk memastikan volum dan berat robot kami serendah mungkin. Advan tambahantage daripada motor ini ialah aci berongga yang besar, yang penting untuk penghalaan kabel secara dalaman dan mencapai reka bentuk robot yang bersih." Motor TQ menonjol kerana ketumpatan torknya yang luar biasa berbanding dengan motor lain, bermakna mereka boleh menghantar dua kali tork pada saiz yang sama atau mencapai tork yang sama pada separuh saiz. TQ mencapainya melalui teknologi penggulungan unik yang memaksimumkan faktor isian kuprum berbanding motor elektrik yang digulung secara konvensional. Pada masa ini, TQ ialah satu-satunya pembangun motor di pasaran yang, terima kasih kepada proses pembuatan khusus, memanfaatkan sepenuhnya had fizikal isian tembaga: dalam setiap saiz motor, secara fizikalnya mustahil untuk memuatkan sebarang tembaga lagi. Ini memberikan motor TQ faktor isian tembaga tertinggi di pasaran.

Bersama-sama dengan DLR, TQ berjaya membangunkan teknologi motor baharu dengan ketumpatan kuasa dan tork tertinggi berbanding berat dan isipadu.

Reka bentuk kompak sistem pemacu membolehkan penggunaan ruang dan pengurangan berat secara cekap, merendahkan pusat graviti robot dan meningkatkan kestabilan. Untuk exampSelain itu, di gudang yang sibuk di kawasan bandar yang padat penduduk atau di barisan pemasangan, reka bentuk yang padat membolehkan robot menavigasi ruang yang sempit dengan berkesan dan mengekalkan keseimbangan apabila bergerak melalui kawasan yang sesak.

Motor TQ mempunyai faktor isian tembaga tertinggi di pasaran. Dalam setiap saiz motor, secara fizikalnya mustahil untuk menambah lebih banyak tembaga.

Keteguhan dan Kebolehpercayaan

Kekukuhan dan kebolehpercayaan motor juga merupakan faktor penting dalam aplikasi robotik humanoid. Terutama semasa fasa ujian, robot terdedah kepada kerap jatuh. Reka bentuk yang teguh dan bebas penyelenggaraan memastikan sambungan kekal utuh dan berfungsi sepanjang keluk pembelajaran. Motor menghadapi cabaran terbesar di angkasa, di mana ia mesti beroperasi dengan pasti di bawah turun naik suhu dari -40°C hingga +125°C (-40°F hingga +257°F). Di ISS (Stesen Angkasa Lepas Antarabangsa), motor TQ ILM-E digunakan pada lengan robot ROKVISS, melaksanakan tugas yang tepat dalam graviti sifar - secara konsisten dan dengan prestasi tinggi selama lima tahun dan beratus-ratus ujian.

Motor TQ telah digunakan dalam lengan robot ROKVISS, yang menjalankan sekitar 500 ujian yang berjaya selama beberapa tahun di Stesen Angkasa Antarabangsa (ISS). Dalam senario aplikasi perindustrian, seperti dalam persekitaran pengeluaran atau gudang, robot humanoid yang ditugaskan untuk mengangkat beban berat kadang-kadang boleh menjatuhkan item atau mengalami kesan mengejut. Kekukuhan sendi robot melindungi daripada kerosakan, memastikan operasi berterusan dan boleh dipercayai walaupun dalam keadaan yang mencabar.

Pembuatan Robot Humanoid

Faktor Berkaitan Lain untuk Kejayaan Pengilangan Robot Humanoid

Pengeluaran Siri dan Integrasi Motor dalam Reka Bentuk

Memandangkan potensi pasaran yang besar yang diramalkan untuk robotik humanoid, penyepaduan motor yang mudah dilaksanakan ke dalam reka bentuk tersuai merupakan faktor penting bagi pengeluar robot yang bertujuan untuk beralih daripada prototaip kepada pengeluaran siri dengan jayanya. “Dengan TQ, kami telah menemui rakan kongsi yang hebat dari segi kualiti dan sokongan. Pasukan teknikal TQ membantu kami dalam memilih kit motor dan semulaviewdalam reka bentuk, memastikan integrasi optimum antara bahagian mekanikal dan komponen kit motor,” kata Marchionni dari PAL Robotics.

TQ lebih daripada sekadar pembekal motor: TQ sering menyepadukan motornya terus ke dalam perumahan tersuai untuk pelanggan. Ini bermakna TQ bukan sahaja menyediakan motor dan projek pembangunan yang lengkap untuk keseluruhan unit gear motor tetapi juga pakar dalam menyepadukan motornya ke dalam perumahan khusus pelanggan.
Untuk pengeluar robot humanoid AS yang terkemuka, TQ menyesuaikan motor dengan papan pendawaian khusus, memudahkan penyepaduan dan sambungan dengan elektronik kuasa. Di sini, kepakaran luas TQ daripada lebih 30 tahun pembangunan elektronik terbukti tidak ternilai.

TQ menyokong pelanggan daripada bekalan motor dan penyepaduan perumahan kepada pembangunan unit gear motor yang lengkap – semuanya daripada satu sumber.

Motor Standard atau Penyelesaian Tersuai?

Pengeluar robotik sering menghadapi keputusan memilih pembekal motor yang menyediakan komponen standard atau memilih penyelesaian tersuai. Di TQ, pelanggan boleh memilih daripada pelbagai saiz standard, yang kami sesuaikan untuk aplikasi tertentu jika diperlukan. Advan itutage bagi kit servo tanpa bingkai TQ ialah fleksibiliti dalam diameter dan panjang tindanan, membolehkan menyesuaikan prestasi dan dimensi untuk aplikasi. Khususnya untuk volum pengeluaran lebih daripada seratus unit setahun, penyelesaian tersuai boleh menjadi pilihan terbaik, memberikan kawalan penuh ke atas reka bentuk, bahan dan proses pembuatan.TQ ialah salah satu daripada beberapa pembekal di Jerman yang mampu mengindustrikan robot lengkap, keupayaan yang telah ditunjukkan dengan jayanya.

Perkakasan Sukar

Pepatah "Perkakasan adalah keras" sesuai digunakan untuk pembangunan dan pengeluaran sendi robot dan komponen yang diperlukannya. Kecekapan teras dan sejarah beberapa pengeluar robotik humanoid terletak pada kecerdasan buatan dan perisian, manakala kepakaran dalam perindustrian robot dan pembangunan mekatronik adalah kurang biasa. Selain itu, kerumitan membangunkan dan menghasilkan sistem seperti sendi robot sering dipandang remeh.

Dalam konteks ini, adalah wajar untuk bergantung kepada pemimpin teknologi dalam bidang masing-masing. Antara lain, TQ membangunkan unit gear motor yang lengkap untuk aplikasi mudah alih.

Sensodrive, pengeluar modul pemacu ro-botik dan pemenang Innovationspreis Bayern 2024, membantu mengurangkan masa ke pasaran dengan ketara dalam pembangunan robot perubatan.
Sistem pemanduan yang lengkap juga boleh menjimatkan masa berharga dalam perlumbaan semasa untuk mencipta robot humanoid pertama yang dihasilkan secara besar-besaran.

Mengenai Pengarang

Robert Vogel ialah Pengurus Jualan & Pembangunan Perniagaan di bahagian TQ-Ro-boDrive, yang membangunkan dan menghasilkan sistem pemacu tersuai untuk aplikasi yang menuntut. Seorang jurutera industri, Robert Vogel mempunyai lebih 20 tahun pengalaman dalam industri automasi dan robotik.

Lokasi TQ di Inning am Ammersee

Syarikat teknologi TQ-Group menawarkan rangkaian lengkap perkhidmatan, daripada pembangunan, pengeluaran dan perkhidmatan kepada pengurusan kitaran hayat produk. Perkhidmatan ini meliputi pemasangan, peranti dan sistem, termasuk perkakasan, perisian dan mekanik. TQ menawarkan perkhidmatan yang disesuaikan dengan keperluan khusus mereka. Produk standard, seperti modul pengawal mikro sedia untuk digunakan, penyelesaian pemacu dan automasi, meningkatkan lagi tawaran perkhidmatan.

TQ-Group menggaji kira-kira 2,000 orang di seluruh lokasinya di Delling, Seefeld, Inning, Murnau, Peissenberg, Peiting, Durach di Allgäu, Wetter an der Ruhr, Chemnitz, Leipzig, Fontaines (Switzerland), Shanghai (China) dan Chesapeake (AS).

MAKLUMAT HUBUNGI

Hubungan Anda dengan TQ
- Adakah anda ingin mengetahui lebih lanjut tentang bagaimana TQ boleh menyokong anda dengan motor tork tanpa bingkai?
robert.vogel@tq-group.com
+49 176 10930915
tq-robodrive.com

MAKLUMAT LANJUT

Rujukan:

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: Implikasi Pelaburan AI Terjelma (26 Jun 2024)

Dokumen / Sumber

TQ WHITEPAPER Robot Humanoid [pdf] Manual Pemilik
WHITEPAPER Robot Humanoid, WHITEPAPER, Robot Humanoid, Robot

Rujukan

Manual Pengguna

TQ WHITEPAPER Robot Humanoid

Arahan Penggunaan Produk