ТК ВХИТЕПАПЕР Упутство за употребу за хуманоидне роботе

Хуманоидни роботски актуатори из ТК-а су дизајнирани да обезбеде покрете попут човека у роботском хардверу. Ови мотори су кључне компоненте за постизање разноврсних и прецизних покрета у хуманоидним роботима.

Фактори за одабир мотора

Избор мотора за зглобове хуманоидних робота је кључан за постизање покрета сличних човеку. Кључни фактори које треба узети у обзир укључују прецизност, обртни момент и брзину ротације. ТК-ови мотори обртног момента су посебно дизајнирани да испуне ове захтеве.

Прецизност и број парова мотки

На прецизност електромотора директно утиче број парова полова. ТК-ови сервомотори наглашавају велики број парова полова како би осигурали прецизну контролу, позиционирање и регулацију код хуманоидних робота.

Инсталација и одржавање

Када инсталирате актуаторе, обезбедите правилно поравнање и сигурну монтажу како бисте спречили проблеме са неусклађеношћу током рада. Препоручују се редовне провере одржавања како би се осигурале оптималне перформансе и дуговечност мотора.

ФАКс

П: Које су примарне примене хуманоидних робота?
- О: Хуманоидни роботи су посебно обећавајући у производњи и логистици, посебно за радно интензивне, физички захтевне и задатке који се понављају.
П: Како мотори обртног момента доприносе покретима налик људима код робота?
- О: Мотори обртног момента обезбеђују велики обртни момент при малим брзинама ротације, омогућавајући прецизне и контролисане покрете неопходне за реплицирање покрета сличних човеку.

ИНФОРМАЦИЈЕ О ПРОИЗВОДУ

ВХИТЕПАПЕР

Погон иза покрета Мотори обртног момента без оквира за хуманоидне роботе – ваш водич за успешан одабир и имплементацију

хуманоидни роботи

Следећи еволуционар Сtagе у Роботици: Хуманоидни роботи

Хуманоидни роботи, са својом способношћу да опонашају људску форму и кретање, представљају следеће еволуционе сtagе у роботици и носе јединствену фасцинацију. Ови роботи имају облик налик човеку, опремљени зглобним удовима – који се називају степенима слободе – и могу да раде аутономно путем контроле вештачке интелигенције, са могућностима финих моторичких вештина и машинског учења. Све ове способности чине хуманоидне роботе веома разноврсним, иако њихова примена тренутно укључује веће трошкове у поређењу са коботима и индустријским роботима. Поред тога, хуманоидни роботи су обично модуларни у дизајну, олакшавају одржавање, поправке и надоградње.1

Хуманоидни робот ТАЛОС од ПАЛ Роботицс © ПАЛ Роботицс

Трка за комерцијализацију

Тржишне прилике и трка за комерцијализацију

Трка за развојем првог комерцијално одрживог хуманоидног робота један је од најузбудљивијих трендова у свету технологије. Према анализама инвестиционе банке Голдман Сацхс, тржиште хуманоидних робота могло би достићи обим од 35 милијарди долара до 2033. Ова импресивна бројка наглашава огроман потенцијал ове технологије за будућност.2

Тренутно, бројне компаније широм света раде на хуманоидним роботима за комерцијалну употребу, а многе од њих набављају сервомоторе од ТК за ову сврху.

Анализа тржишта коју је извршила консултантска кућа за менаџмент Хорватх из марта 2024. предвиђа да би први роботи налик људима могли да уђу у серијску производњу за индустријску употребу већ 2025. Њихове примене су посебно обећавајуће у производњи и логистици, посебно за радно интензивне, физички захтевне и задатке који се понављају.3

Коботи и индустријски роботи су погодни за једноставне задатке који се понављају.

Ацтуаторс

Кључ за људско кретање у хардверу за роботику

Што се тиче хардвера, актуатори играју кључну улогу у постизању покрета сличних човеку код хуманоидних робота. Ове компоненте делују као роботски еквивалент људским зглобовима и мишићима, омогућавајући и ротационе и линеарне покрете унутар система. Актуатори се састоје од комбинације зупчаника, мотора, сензора, лежајева и енкодера. Што је више степена слободе потребно, потребно је више актуатора. Тренутно, хуманоидни роботи у развоју су способни да постигну између 16 и 60 степени слободе. Како развој напредује, хуманоидним роботима ће бити потребно још више покретача да би омогућили већу слободу кретања, прилагођавајући све сложеније апликације. Концепти хардвера могу значајно да варирају на основу специфичних захтева за опсег покрета, дизајн руке, осетљивост сензора и друге факторе.4 Хуманоидно роботско тело се првенствено састоји од актуатора, заједно са пратећим системима као што су сензори, батерије, структурне компоненте и системи за хлађење. Следећи одељак пружа крајview од захтева које мотор хуманоидног робота мора да испуни да би омогућио кретање попут човека.4

Порекло РобоДриве технологије лежи у Институту за роботику и мехатронику у Немачком ваздухопловном центру (ДЛР). Са својом великом шупљом осовином и лаганим дизајном без оквира, ови мотори су идеално прилагођени за роботске погонске модуле.

Зглобови хуманоидног робота

Фактори за одабир мотора за зглобове хуманоидних робота

Покрети попут људи могу се контролисати помоћу електричних, хидрауличких или пнеуматских погонских система. Тренутно, преовлађујућа пракса је употреба специфичних актуатора који се састоје од мењача, мотора обртног момента, енкодера и контролера мотора. Мотори обртног момента су електромотори високог пола који обезбеђују велики обртни момент при релативно малим брзинама ротације.

У наставку су наведени системски захтеви који су кључни за избор мотора у хуманоидном роботу.

Прецизност

Да би робот могао да изводи контролисане, течне и разноврсне покрете, прецизност мотора је критична. Што је погон прецизнији, то је директнија веза између кретања робота и његовог „визуелног процеса“, који укључује сензоре и технологију камере. Сваки спој је дефинисан тродимензионалним векторима, а за максималну тачност, неопходно је да мотори – посебно када се комбинују преко више спојева – доследно постижу „тачан“ положај. Чак и мања одступања у појединачним зглобовима, као што су кук, колено и скочни зглоб, могу се акумулирати, што доводи до значајних неусклађености. Прецизност електричног мотора се повећава са такозваним бројем парова полова, кључним фактором који утиче на понашање мотора, јер директно утиче на контролу, позиционирање и регулацију. У дизајнирању својих сервомотора без оквира, ТК-Гроуп ставља снажан нагласак на постизање великог броја парова полова. ТК-ов клијент, ПАЛ Роботицс, такође схвата да је прецизност одлучујући фактор за комерцијални успех хуманоидног робота.

Прецизност електромотора расте са бројем парова полова.

„ТК електромотори нуде веома прецизну контролу положаја и обртног момента у широком спектру услова, од мале брзине и великог обртног момента до велике брзине и малог обртног момента. Ово је неопходно за природне, течне покрете који се очекују од хуманоидних робота. Ова доследност је посебно вредна у окружењима у којима роботи комуницирају са људима, повећавајући прихватање технологије.Директор технологије Луца Марцхионни, ПАЛ Роботицс са ТАЛОС-ом. © ПАЛ Роботицс

(С лева на десно) Роберт Вогел и Давид Хастингс, ТК-Гроуп, са Џонатаном Хурстом, главним директором за роботе, Агилити Роботицс на самиту роботике 2024.

Време одзива и динамика

Окружење у којем се људи – а самим тим и хуманоидни роботи – крећу је променљиво и стално се мења. Мотори морају бити у стању да реагују и брзо се прилагоде свакој промени животне средине (нпр. ако робот закорачи у неочекивану рупу или наиђе на површину која се мења). Да би хуманоидни робот реаговао флексибилно и брзо на промене, потребна му је изузетна динамичка контрола, прецизна управљивост и брзо време одзива. Динамика електромотора се односи на његову способност да брзо и тачно реагује на промене оптерећења или контролног улаза. Ова динамичка способност је у суштини колико добро мотор може подесити своју брзину, положај или обртни момент у различитим условима. Одржавање стабилности робота током кретања, као што су ходање, трчање или обављање сложених задатака, захтева динамичку равнотежу. Ово укључује напредне стратегије контроле за тренутну прилагодбу условима који се брзо мењају. Агилити Роботицс, произвођач хуманоидних робота, демонстрира у видеу колико су зглобне ноге критичне за хуманоидну функционалност у различитим окружењима.

Како електрични актуатор постиже тако велико време одзива и динамику? Да би се реаговало у реалном времену, накратко је потребан веома висок обртни момент, на пример када се подеси покрет стопала да се поравна са неочекиваном рупом у земљи. Овај обртни момент се убрзо повећава неколико пута, што се назива капацитетом преоптерећења сервомотора или вршним обртним моментом – тј. максимални обртни момент који мотор може да генерише за кратко време. Врхунски обртни момент ТК мотора је приближно три пута већи од њиховог номиналног обртног момента или континуираног обртног момента који је одржив током дугих периода. Конкретно, ТК мотори постижу вршни обртни момент у двоцифреном опсегу њутонметара (Нм), обезбеђујући водећи капацитет преоптерећења у индустрији.

Јонатхан Хурст из Агилити Роботицс илуструје у овом видеу апликације у којима су ноге посебно напреднеtagеоус за хуманоидне роботе.

Захваљујући јединственој технологији намотаја, ТК мотори постижу веома ниске губитке бакра.

Ефикасност и потрошња енергије

Ефикасност – конкретно, количина губитка енергије током трајања батерије – одређује колико дуго хуманоидни робот на батерије може да ради. Висока ефикасност, постигнута малим губицима бакра, директно продужава век батерије. Губици бакра се односе на губитке енергије узроковане електричним отпором у намотајима мотора, који се расипају као топлота и један су од примарних извора губитка енергије у електричним машинама. Мотори са великим губицима снаге троше више електричне енергије, што смањује век трајања батерије и самим тим ограничава време рада. То значи да је ефикасност много критичнији фактор за мобилне хуманоидне роботе на батерије него за колаборативне роботе (коботе) који су повезани на извор напајања. У практичним применама, као што су индустрија, здравство или малопродаја, висока ефикасност је неопходна за континуиран рад хуманоидних робота. ТК мотори обртног момента постижу ефикасност од 90 процената или више, са посебно малим губицима бакра мереним у ватима. Ове вредности су обично наведене у техничким подацима као ефикасност или губици бакра на собној температури.

Густина и компактност обртног момента

Густина обртног момента електромотора је мера колико обртног момента мотор може да генерише по јединици запремине или тежине. Густина обртног момента је кључни фактор за перформансе и компактност мотора, посебно важан у апликацијама где је тежина критична – као што је роботика. Укупна тежина хуманоидног робота је у великој мери одређена тежином његових зглобова. Што су мотори у овим зглобовима лакши, то је мања укупна тежина, што има позитиван утицај на трајање батерије, носивост и динамику. У индустрији, овај фактор тежине се често назива „мишићав“.

ТК мотори су изузетно лагани и са великом снагом, омогућавајући произвођачима роботике да значајно смање тежину и простор за инсталацију уз одржавање доследних перформанси.

Додатна тежина је недостатакtagе за хуманоидног робота, јер виткији дизајн повећава динамику, брзину, а посебно способност ношења тежег терета. ТК купац ПАЛ Роботицс наводи ову предност у тежиниtagе као кључни разлог за одабир ТК-ових мотора са унутрашњим ротором (ИЛМ).

„Изабрали смо ИЛМ моторе јер нуде неупоредив однос обртног момента и тежине. ТК мотори имају највећи фактор пуњења бакра на тржишту. Физички је немогуће ставити више бакра у сваку величину мотора." Луца Марцхионни, ЦТО, ПАЛ Роботицс

Луца Марцхионни, технички директор шпанске роботске компаније основане 2004. године, објашњава: „Изабрали смо ИЛМ моторе јер нуде неупоредив однос обртног момента и тежине. Доступне величине и конфигурације мотора савршено су одговарале захтевима са којима смо се суочили приликом дизајнирања разних роботских зглобова, од скочног зглоба до врата. […] ТК-ови серво комплети без оквира нам омогућавају да минимизирамо мехатроничку интеграцију, јер је један од наших главних циљева да задржимо запремину и тежину наших робота што је могуће мањим. Додатни адванtagПрви од ових мотора је њихова велика шупља осовина, која је кључна за интерно усмеравање каблова и постизање чистог дизајна робота." ТК мотори се истичу по својој изузетној густини обртног момента у поређењу са другим моторима, што значи да могу да испоруче двоструко већи обртни момент при истој величини или да постигну исти обртни момент при упола мањој величини. ТК то постиже кроз јединствену технологију намотаја која максимизира фактор пуњења бакром у поређењу са конвенционално намотаним електромоторима. Тренутно, ТК је једини произвођач мотора на тржишту који, захваљујући специјализованим производним процесима, у потпуности капитализује физичке границе пуњења бакром: у сваку величину мотора, физички је немогуће уградити још бакра. Ово даје ТК моторима највећи фактор пуњења бакра на тржишту.

Заједно са ДЛР-ом, ТК је успео да развије нову технологију мотора са највећом густином снаге и обртним моментом у односу на тежину и запремину.

Компактан дизајн погонског система омогућава ефикасно коришћење простора и смањење тежине, снижавајући центар гравитације робота и повећавајући стабилност. Фор екampУ прометном складишту у густо насељеној урбаној зони или на производној траци, компактан дизајн омогућава роботу да се ефикасно креће у уским просторима и одржава равнотежу када маневрише кроз гужве.

ТК мотори имају највећи фактор пуњења бакра на тржишту. Унутар сваке величине мотора, физички је немогуће додати још бакра.

Робусност и поузданост

Робусност и поузданост мотора су такође кључни фактори у применама хуманоидне роботике. Посебно током фазе тестирања, роботи су склони честим падовима. Робусни дизајн који не захтева одржавање обезбеђује да зглобови остану нетакнути и функционални током читаве криве учења. Мотори се суочавају са највећим изазовима у свемиру, где морају поуздано да раде при температурним флуктуацијама од -40°Ц до +125°Ц (-40°Ф до +257°Ф). На ИСС (Међународној свемирској станици), ТК ИЛМ-Е мотор је коришћен у руци РОКВИСС робота, који је обављао прецизне задатке у нултом гравитационом стању – доследно и са високим перформансама током пет година и стотинама тестова.

ТК мотори су коришћени у роботској руци РОКВИСС, која је спровела око 500 успешних тестова током неколико година на Међународној свемирској станици (ИСС). У сценаријима индустријске примене, као што је у производном или складишном окружењу, хуманоидни робот задужен за подизање тешких терета може повремено да испусти предмете или буде подвргнут изненадним ударима. Робусност зглобова робота штити од оштећења, обезбеђујући континуиран и поуздан рад чак и под изазовним условима.

Производња хуманоидних робота

Други релевантни фактори за успешну производњу хуманоидних робота

Серијска производња и интеграција мотора у дизајну

С обзиром на значајан тржишни потенцијал предвиђен за хуманоидну роботику, лако имплементирана интеграција мотора у прилагођене дизајне је кључни фактор за произвођаче робота који желе да успешно пређу са прототипа на серијску производњу. „Са ТК смо пронашли фантастичног партнера у смислу квалитета и подршке. ТК-ов технички тим помаже нам у одабиру моторних комплета и реviewдизајн, обезбеђујући оптималну интеграцију између механичких делова и компоненти комплета мотора“, каже Марцхионни из ПАЛ Роботицс.

ТК је више од добављача мотора: ТК често интегрише своје моторе директно у прилагођена кућишта за клијенте. То значи да ТК не само да обезбеђује моторе и комплетне развојне пројекте за читаве моторне редукторе, већ је и специјализован за интеграцију својих мотора у кућишта специфична за клијента.
За истакнутог америчког произвођача хуманоидних робота, ТК прилагођава моторе наменском плочом за ожичење, поједностављујући интеграцију и повезивање са енергетском електроником. Овде се показало да је ТК-ова опсежна стручност из више од 30 година развоја електронике непроцењива.

ТК подржава купце од испоруке мотора и интеграције кућишта до развоја комплетних моторних редуктора – све из једног извора.

Стандардни мотори или прилагођена решења?

Произвођачи роботике се често суочавају са одлуком да изаберу добављача мотора који обезбеђује стандардне компоненте или да се одлуче за прилагођено решење. У ТК-у, купци могу да бирају између низа стандардних величина, које по потреби прилагођавамо специфичним апликацијама. АдванtagЈедан од ТК-ових серво комплета без оквира је њихова флексибилност у пречнику и дужини гомиле, што омогућава прилагођавање перформанси и димензија за апликацију. Посебно за обим производње од више од стотину јединица годишње, прилагођено решење може бити најбоља опција, пружајући потпуну контролу над дизајном, материјалима и производним процесом.ТК је један од ретких добављача у Немачкој који је способан да индустријализује комплетне роботе, способност коју је већ успешно демонстрирао.

Хардвер је тврд

Изрека „Хардвер је тврд“ прикладно се односи на развој и производњу роботских зглобова и њихових потребних компоненти. Основне компетенције и историја неких произвођача хуманоидне роботике леже у вештачкој интелигенцији и софтверу, док је стручност у индустријализацији робота и развоју мехатронике мање уобичајена. Поред тога, често се потцењује сложеност развоја и производње система као што су роботски зглобови.

У овом контексту, има смисла ослонити се на технолошке лидере у својим областима. Између осталог, ТК развија комплетне моторне редукторе за мобилне апликације.

Сенсодриве, произвођач роботских погонских модула и победник Инноватионспреис Баиерн 2024, помаже да се значајно смањи време до пуштања на тржиште у развоју медицинских робота.
Комплетни погонски системи такође могу уштедети драгоцено време у тренутној трци за стварање првог хуманоидног робота масовне производње.

О аутору

Роберт Вогел је менаџер продаје и развоја пословања у ТК-Ро-боДриве дивизији, која развија и производи прилагођене погонске системе за захтевне апликације. Индустријски инжењер, Роберт Вогел има преко 20 година искуства у индустрији аутоматизације и роботике.

ТК локација у Инингу ам Амерзе

Технолошка компанија ТК-Гроуп нуди комплетан спектар услуга, од развоја, производње и сервиса до управљања животним циклусом производа. Ове услуге покривају склопове, уређаје и системе, укључујући хардвер, софтвер и механику. ТК нуди услуге прилагођене њиховим специфичним потребама. Стандардни производи, као што су спремни за употребу микроконтролерски модули, погони и решења за аутоматизацију, додатно побољшавају понуду услуга.

ТК-Гроуп запошљава око 2,000 људи на својим локацијама у Делингу, Сеефелду, Инингу, Мурнауу, Пеиссенбергу, Пеитингу, Дурацху у Аллгауу, Веттер ан дер Рухр, Цхемнитз, Лајпцигу, Фонтаинес (Швајцарска), Шангају (Кина) и Цхесапеакеу (САД).

КОНТАКТ ИНФОРМАЦИЈЕ

Ваш контакт са ТК
- Да ли бисте желели да сазнате више о томе како ТК може да вас подржи са моторима обртног момента без оквира?
роберт.вогел@тк-гроуп.цом
+49 176 10930915
тк-рободриве.цом

ВИШЕ ИНФОРМАЦИЈА

Референце:

ввв.хорватх-партнерс.цом/де/медиа-центер/студиен/хуманоиде-роботер-иноператионс
ввв.голдмансацхс.цом/интеллигенце/пагес/тхе-глобал-маркет-фор-роботс-цоулд-реацх-38-биллион-би-2035.хтмл
ввв.хорватх-партнерс.цом/де/медиа-центер/студиен/хуманоиде-роботер-иноператионс
Морган Станлеи & Цо. ЛЛЦ: Хуманоиди: Инвестиционе импликације утеловљене вештачке интелигенције (26. јун 2024.)

Документи / Ресурси

ТК ВХИТЕПАПЕР Хуманоидни роботи [пдф] Упутство за употребу
ВХИТЕПАПЕР Хуманоид Роботс, ВХИТЕПАПЕР, Хуманоид Роботс, Роботс

Референце

Упутство за употребу

ТК ВХИТЕПАПЕР Хуманоидни роботи

Упутства за употребу производа