Hvers vegna humanoid vélmenni opna nýtt blátt haf fyrir kórlaus mótor forrit

 

Humanoid vélmenni, sem framúrskarandi fulltrúar almennra vélmenna og fullkomna flutningsaðila „embodied intelligence“, njóta annars vegar góðs af hraðri þróun almennrar gervigreindar og hins vegar með því að verða brúin milli gervigreindar og raunheimsins með „innlifað greind,“ þróast smám saman yfir í flugstöðina fyrir næstu kynslóð almennrar gervigreindar. Í vélmennaverkefnum taka gervigreind stór líkön að sér lykilhlutverk í rökhugsun og ákvarðanatöku, umbreyta flóknum leiðbeiningum í keyranleg skref fyrir vélmenni með því að greina skipanir á náttúrulegu tungumáli. Þar að auki bætir það að bæta við fjölþættum gervigreindum stórum gerðum verulega nákvæmni og skilvirkni rökhugsunar og ákvarðanatöku, sem veitir mikilvægan stuðning fyrir manngerða vélmenni til að þróast í átt að alhæfingu.

 

 

Hröð þróun vélfæraiðnaðarins byggir á nýjungum í lykilþáttatækni og stöðugleika framboðs þeirra. Í manngerðum vélmennum er litið á minnkunarkerfið, servókerfið og stjórnandann sem þrír kjarnaþættir sem samanlagt standa fyrir yfir 70% af heildarkostnaði. Að auki, sem kjarnahluti, er ekki hægt að líta framhjá gildi mótorsins. Í manngerðum vélmennum eins og Optimus er mótorkostnaður um það bil 25% af heildarverðmæti íhluta.

 

Að því gefnu að alþjóðlegt sendingarrúmmál humanoid vélmenni muni ná 5 milljónum eininga á næsta áratug, mun eftirspurnin eftir kórlausum mótorum (án járnkjarna) sjá mikinn vöxt markaðarins á þessu tímabili. Byggt á einingaverði getur markaður fyrir kóralausa mótora orðið 350 milljarðar RMB, en búist er við að stigvaxandi markaður fyrir kóralausa mótora fari yfir 78 milljarða RMB. Saman mynda þessir tveir gríðarstór markaðsrými 428 milljarða RMB.

 

 

Ólíkt iðnaðar vélmenni sem notuð eru í föstum vinnuumhverfi þjóna humanoid vélmenni fyrst og fremst atburðarás manna. Þessi vélmenni þurfa ekki aðeins skynjun, ákvarðanatöku og aðgerða getu heldur þurfa einnig að líkja eftir mannlegum hegðunarmynstri til að hafa samskipti við umhverfið og notendur á eðlilegri hátt. Þess vegna hafa mótorar, sem kjarnaþættir sameiginlegra stýrivélar, bein áhrif á sveigjanleika, nákvæmni og stöðugleika vélmenni.

 

Meðal ýmissa drif tækni sýnir Electric Motor Drive umtalsverða kosti umfram vökvadrif. Rafmótordriflausnin nýtur góðs af þroskaðri hreyfistýringartækni og veitir rauntíma endurgjöf hreyfingarstöðu með mikilli nákvæmni umritunaraðila til að tryggja nákvæma stjórn. Á sama tíma er kostnaður við rafmótordrifkerfi lægri miðað við vökvakerfi, með minna viðhald krafist. Þetta hagkvæma einkenni gerir rafmótor að keyra einn af almennum valkostum fyrir þróun mannkyns vélmenni.

 

Meðal þeirra eru kjarnalausir mótorar, með létta, mikla afköst og litla tregðueiginleika, orðnir lykilþættir til að bæta frammistöðu manneskju vélmenna.Kjarnalausir mótorar geta veitt meiri aflþéttleika og meiri viðbragðshraða í litlu magni, sem gerir vélmenni kleift að sýna yfirburða afköst í samstýringu með mörgum frelsisgráðum. Að auki hafa kjarnalausir mótorar minni orkunotkun, sem hjálpar vélmennum að ná lengri endingu rafhlöðunnar.

 

1.1 Humanoid vélmenni sem samþætta daglegt líf, sýna fram á tæknistyrk þjóðarinnar

Humanoid vélmenni hafa smám saman orðið áreiðanlegir aðstoðarmenn í daglegu mannlífi, sem geta aðstoðað við margvísleg flókin verkefni. Ólíkt iðnaðarvélmenni, sem venjulega vinna í föstu umhverfi, eru manngerð vélmenni hönnuð til að aðlagast daglegu umhverfi mannsins. Þessi vélmenni búa ekki aðeins yfir kjarnahæfileikum eins og skynjun, ákvarðanatöku og aðgerðum heldur hafa þau líka mannlega hreyfieiginleika og vingjarnlega útlitshönnun, sem gerir það auðveldara að samþykkja þau af mönnum og skapa tilfinningu fyrir kunnugleika. Með því að laga sig sveigjanlega að mismunandi umhverfi sýna manneskjuleg vélmenni gríðarlega notkunarmöguleika á sviðum eins og heimili, þjónustu og heilsugæslu.

 

Sem háþróuð snjöll tæki er litið á manngerða vélmenni sem tákn um innlendan tæknistyrk. Þróun þeirra krefst þess að yfirstíga tæknilegar hindranir í mörgum greinum, þar á meðal vélaverkfræði, rafmagnsverkfræði, efnisfræði, skynjunartækni, stjórnkerfi og gervigreind. Með mannlegum útlitseinkennum, tvífættum göngugetu og mjög samhæfðri hreyfistýringartækni geta manneskjulík vélmenni framkvæmt líkamleg verkefni og átt samskipti við menn með tungumáli eða svipbrigðum. Í samanburði við hefðbundin vélmenni, sýna manngerða vélmenni umtalsverða kosti í samskiptum manna og véla, umhverfisaðlögunar og fjölhæfni verkefna.

 

 

1.2 Þróun Humanoid vélmenna: Frá hugmynd til iðnvæðingar

Hugmyndin um vélmenni hefur verið til í meira en heila öld og rannsóknir á manngerðum vélmennum hófust um miðja -20öldina og upplifðu langt þróunarferli frá frumgerðum rannsóknarstofu til fyrstu stigs iðnvæðingar. Fyrsta notkun hugtaksins „vélmenni“ kemur frá leikriti tékkneska rithöfundarins Karel Čapek, RUR (Rossum's Universal Robots), sem þýðir vélþrælar sem þjóna mannkyninu. Fjöldaframleiðsla iðnaðarvélmenna hófst á sjöunda áratugnum, með „UNIMATE“ vélfæraarminum sem bandaríska fyrirtækið Unimation hleypti af stokkunum, sem opnaði tímabil iðnaðarvélmenna í atvinnuskyni.

 

Rannsóknir og þróun mannkyns vélmenna hófust í Japan og komust smám saman inn í stig kerfissetningar og mikillar hreyfingar:

 

Snemma könnunarstig (í kringum 1970): Árið 1973 þróaði prófessor Ichiro Kato við Waseda háskólann í Japan fyrsta manngerða vélmenni heimsins, WABOT-1, og WL-5 tvífætta göngubúnaður þess lagði grunninn að manngerð vélmenni.

 

Tæknisamþættingarstig (1980-1990s): Árið 1986 hóf Honda rannsóknir á ASIMO manneskjuvélmenni og árið 2000 kom út fyrsta kynslóð ASIMO líkansins, sem markar inngang manneskjulíkra vélmenna á mjög samþætt tæknistig.

 

Dynamic Performance Breakthrough Stage (2000-2020): Árið 2016 gaf Boston Dynamics of the United frá BiPedal Robot Atlas, sem með öflugri jafnvægisgetu og afköstum sem streyma af. hættulegt umhverfi.

 

Snemma iðnvæðingarstigið (2020- til staðar): Árið 2022 setti Tesla af stað Humanoid Robot frumgerð Optimus og sýndi mjög samþætta gervigreind og vélknúna tækni á Tesla AI degi. 2023 útgáfan af Optimus er fær um að flokkun hlutar og nákvæm jafnvægi, sem gefur til kynna að humanoid vélmenni séu smám saman að fara í átt að hagnýtri notkun.

 

1.3 Djúp samþætting Humanoid vélmenna og mótortækni

Stöðug þróun humanoid vélmenni er óaðskiljanleg frá stuðningi mótor tækni. Sem kjarnaþáttur í samskeyti vélmenni ákvarða mótorar ekki aðeins hreyfingu vélmenni heldur hafa einnig áhrif á sveigjanleika þess og endingu. Með mikilli nákvæmni þeirra, lítilli orkunotkun og áreiðanleika hafa mótordrif smám saman orðið mest notaða orkulausnin fyrir humanoid vélmenni. Á sama tíma veita kórlausir mótorar, með kostum eins og léttum, mikilli skilvirkni og litlum tregðu, mikilvægum tæknilegum stuðningi við skjótan þróun mannkyns vélmenni.

 

Í framtíðinni, með frekari byltingum í tækni, munu humanoid vélmenni verða meira notaðir í ýmsum lífstíðum og sprauta nýja orku í alþjóðlega efnahagslega og félagslega þróun. Þetta gerir mótormarkaðinn, sérstaklega Coreless Motor Market, nýtt og mjög eftirsótt Blue Ocean.

 

1.4 Humanoid vélmenni uppbygging: Greining á lykilþáttum

Lykilbyggingu manneskjulegra vélmenna má skipta í þrjár megineiningar: stýribúnað, stýringar og skynjara. Helstu íhlutir eins og mótorar, lækkar og skynjarar ákvarða afköst vélmennisins. Hér að neðan er ítarleg greining á þessum hlutum:

 

1.4.1 Mótor

Mótorinn er kjarninn í framkvæmd Humanoid Robot Motion, þar á meðal servó mótor, stepper mótor, togmótora og kúlulaga mótor, meðal annarra. Meðal þeirra eru togmótorar taldir tilvalnir fyrir humanoid vélmenni samskeyti með lágum hraða, háum torque kröfum vegna getu þeirra til að veita mikið tog á miðlungs og lágum hraða. Hins vegar eru rannsóknir þeirra og framleiðsluerfiðleikar tiltölulega miklir og krefjast byltingarkennda í tæknilegum flöskuhálsum.

 

1.4.2 Minnkari

Harmonic lækkanir eru víða viðurkenndar fyrir samsniðna uppbyggingu þeirra, hátt flutningshlutfall og yfirburða nákvæmni, sem gerir þá að sameiginlegu vali fyrir samskeyti í vélmenni. En endingu þeirra og líftími hefur enn svigrúm til úrbóta.

 

1.4.3 Skynjari

Skynjarar gegna mikilvægu hlutverki í vélmenni, sérstaklega togskynjara, sem eru nauðsynlegur hluti af sameiginlegri hönnun. Þessir skynjarar, ásamt mótorum og minnkum, mynda liðasamstæðuna og veita nákvæma hreyfingarstjórnun og endurgjöf.

 

1.4.4 Drifaðferð efri útlima

Efri útlimir nota að mestu leyti hönnun kúluskrúfu, sem umbreyta gagnvirkri hreyfingu kúlanna í línulega hreyfingu skrúfunnar. Í samanburði við belti eða keðjudrif hafa kúluskrúfur minni núning, minni rekstur og viðhaldskostnað og hærri nákvæmni.

 

1.4.5 Aðferð við neðri útlimum

Plánetuskrúfur, þekktar fyrir viðnám gegn utanaðkomandi álagi og langan endingartíma, hafa orðið aðalvalkosturinn fyrir drif á neðri útlimum, sérstaklega hentugur til að meðhöndla flóknar göngustýringarþarfir.

 

1.4.6 Handsamskeyti

Handsamskeyti nota venjulega kóralausa mótora. Þessir mótorar eru með einfalda hönnun, léttan og eru tilvalnir drifhlutar fyrir fingurhreyfingu, sem gerir kleift að ná fínni stjórn.

 

Að auki eru leguvalkostir fyrir línuleg og snúningssamskeyti hornlaga snertilegur, krosslagður kefli og djúpgrópkúlulegur. Þessir íhlutir saman tryggja léttan, nákvæmni og áreiðanleika vélmennisins.

 

 

Greindir kostir mótordrifsins

Í samanburði við vökvadrif sýna mótordrif sérstaklega framúrskarandi greindan árangur í hreyfingu. Sem dæmi má nefna að humanoid vélmenni Tesla samþykkir háhýsi þéttleika servó mótor tækni, þar sem greindur hreyfistýringin er langt umfram hefðbundin vökvakerfi. Þessi hönnun gerir ekki aðeins kleift að fá rauntíma endurgjöf hreyfingarstöðu til að tryggja nákvæmni stjórnunar heldur heldur kostnaðurinn tiltölulega lágum, sem gerir það hentugt fyrir stórfellda forrit.

 

Afkastakröfur fyrir servómótora

Sem kjarni vélmenni stýrivélar þurfa servó mótorar að uppfylla eftirfarandi frammistöðukröfur:

• Hröð svörun: Servómótorar þurfa að fara í gang og stoppa hratt til að laga sig að öflugu umhverfi.
• Hátt upphafstog-til-tregðuhlutfall: Servómótorar ættu að veita hátt ræsitog á sama tíma og þeir halda lágu snúningstregðu.
• Stöðug stjórnun og línuleg einkenni: Mótorhraðinn þarf að stilla stöðugt með breytingum á stýrimerkinu til að tryggja nákvæma framkvæmd.
• Samningur hönnun: Servo mótorar ættu að vera litlir að stærð og léttir til að passa inn í samningur landbúnaðar vélmennisins.
• Endingu og ofhleðsluhæfni: Servo mótorar verða að standast tíð fram og aftur snúninga og hröðun/hraðaminnkun og bera nokkrum sinnum álag á stuttan tíma.

Þessir eiginleikar gera servómótora ómissandi á sviði vélfærafræði og leggja grunninn að meiri greind og stöðugleika í vélmennum.

 

Haltu áfram að lesa: Hjarta vélmenni hreyfingar - afgerandi hlutverk mótora í nákvæmni - 2. hluti