چرا روبات های انسان نما اقیانوس آبی جدیدی را برای کاربردهای موتور بدون هسته باز می کنند؟
پیام بگذارید
مقدمه
روباتهای انساننما بهعنوان نمایندگان برجسته رباتهای همهمنظوره و حاملهای ایدهآل «هوش تجسمیافته» از یک سو از توسعه سریع هوش مصنوعی عمومی بهره میبرند و از سوی دیگر با تبدیل شدن به پل ارتباطی بین هوش مصنوعی و دنیای واقعی. "هوش تجسم یافته" که به تدریج به پلت فرم ترمینال برای نسل بعدی هوش مصنوعی عمومی تبدیل می شود. در وظایف روباتها، مدلهای بزرگ هوش مصنوعی نقشهای کلیدی در استدلال و تصمیمگیری بر عهده میگیرند و دستورالعملهای پیچیده را با تجزیه و تحلیل دستورات زبان طبیعی به مراحل اجرایی برای روباتها تبدیل میکنند. علاوه بر این، افزودن مدلهای بزرگ هوش مصنوعی چندوجهی به طور قابلتوجهی دقت و کارایی استدلال و تصمیمگیری را بهبود میبخشد و پشتیبانی مهمی برای پیشرفت روباتهای انساننما به سمت تعمیم فراهم میکند.
موتور یکی از اجزای اصلی ربات های انسان نما است که پتانسیل بالایی برای کاربرد موتور بدون هسته دارد
توسعه سریع صنعت رباتیک متکی به نوآوری در فناوریهای اجزای کلیدی و پایداری عرضه آنها است. در روباتهای انساننما، کاهنده، سیستم سروو و کنترلکننده به عنوان سه جزء اصلی در نظر گرفته میشوند که با هم بیش از ۷۰ درصد هزینه کل را تشکیل میدهند. علاوه بر این، به عنوان یک جزء اصلی، ارزش موتور را نمی توان نادیده گرفت. در روبات های انسان نما مانند Optimus، هزینه موتور تقریباً 25٪ از ارزش کل اجزا را تشکیل می دهد.
با فرض اینکه حجم محموله جهانی ربات های انسان نما در دهه آینده به 5 میلیون دستگاه برسد، تقاضا برای موتورهای بدون هسته (بدون هسته آهنی) رشد گسترده ای در بازار در این دوره خواهد داشت. بر اساس قیمت واحد، افزایش بازار برای موتورهای هستهای ممکن است به 350 میلیارد یوان برسد، در حالی که انتظار میرود بازار افزایشی موتورهای بدون هسته از 78 میلیارد RMB فراتر رود. این دو با هم، فضای بازار وسیعی به مبلغ 428 میلیارد یوان را تشکیل خواهند داد.
روباتهای انساننما به ارتقای فناوری موتور کمک میکنند، موتورهای بدون هسته تبدیل به یک اقیانوس آبی جدید میشوند
برخلاف رباتهای صنعتی که در محیطهای کاری ثابت استفاده میشوند، رباتهای انساننما عمدتاً به سناریوهای زندگی روزمره انسان خدمت میکنند. این روباتها نه تنها به تواناییهای ادراک، تصمیمگیری و عمل نیاز دارند، بلکه نیاز به شبیهسازی الگوهای رفتاری انسان برای تعامل با محیط و کاربران به روشی طبیعیتر دارند. بنابراین، موتورها به عنوان اجزای اصلی محرک های مشترک، به طور مستقیم بر انعطاف پذیری، دقت و پایداری ربات تأثیر می گذارند.
در میان فن آوری های مختلف درایو، درایو موتور الکتریکی مزایای قابل توجهی نسبت به درایو هیدرولیک دارد. راهحل درایو موتور الکتریکی از فناوری کنترل حرکت بالغ بهره میبرد، و بازخورد بلادرنگ وضعیت حرکت را از طریق رمزگذارهای با دقت بالا برای اطمینان از کنترل دقیق ارائه میدهد. در عین حال، هزینه سیستم های محرک موتور الکتریکی در مقایسه با سیستم های هیدرولیک کمتر است و نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارد. این ویژگی مقرون به صرفه باعث می شود موتور الکتریکی یکی از گزینه های اصلی توسعه ربات انسان نما باشد.
در میان آنها، موتورهای بدون هسته، با ویژگی های سبک وزن، راندمان بالا و اینرسی کم، به اجزای کلیدی در بهبود عملکرد ربات انسان نما تبدیل شده اند.موتورهای بدون هسته میتوانند چگالی توان بیشتر و سرعت پاسخ بالاتری را در حجمهای کوچک ارائه دهند و رباتها را قادر میسازند تا عملکرد برتر را در کنترل مشترک چند درجه آزادی از خود نشان دهند. علاوه بر این، موتورهای بدون هسته مصرف انرژی کمتری دارند و به روباتها کمک میکنند عمر باتری بیشتری داشته باشند.


01. ربات های انسان نما به سرعت تکامل می یابند، موتورها اجزای کلیدی هستند
1.1 ربات های انسان نما که در زندگی روزمره ادغام می شوند و قدرت فناوری ملی را به نمایش می گذارند
روباتهای انساننما به تدریج به دستیارانی قابل اعتماد در زندگی روزمره انسان تبدیل شدهاند که قادر به انجام کارهای پیچیده مختلف هستند. برخلاف روباتهای صنعتی که معمولاً در محیطهای ثابت کار میکنند، رباتهای انساننما برای ادغام با محیطهای روزمره انسان طراحی شدهاند. این رباتها نه تنها دارای قابلیتهای اصلی مانند ادراک، تصمیمگیری و اعمال هستند، بلکه دارای ویژگیهای حرکتی انسانمانند و طراحی ظاهری دوستانه هستند که باعث میشود انسانها آنها را راحتتر بپذیرند و حس آشنایی را ایجاد کنند. رباتهای انساننما با سازگاری انعطافپذیر با محیطهای مختلف، پتانسیل کاربردی زیادی در زمینههایی مانند خانه، خدمات و مراقبتهای بهداشتی نشان میدهند.
روباتهای انساننما بهعنوان دستگاههای هوشمند پیشرفته، به عنوان نماد قدرت فناوری ملی در نظر گرفته میشوند. توسعه آنها مستلزم غلبه بر موانع فناوری در چندین رشته از جمله مهندسی مکانیک، مهندسی برق، علم مواد، فناوری سنجش، سیستم های کنترل و هوش مصنوعی است. ربات های انسان نما با ویژگی های ظاهری انسان مانند، قابلیت راه رفتن با دوپا و فناوری های کنترل حرکت بسیار هماهنگ، می توانند وظایف فیزیکی را انجام دهند و از طریق زبان یا حالات چهره با انسان ارتباط برقرار کنند. در مقایسه با رباتهای سنتی، رباتهای انساننما مزایای قابلتوجهی در تعامل انسان و ماشین، سازگاری محیطی و تطبیقپذیری کار از خود نشان میدهند.






1.2 توسعه ربات های انسان نما: از مفهوم تا صنعتی شدن
مفهوم روباتها برای بیش از یک قرن وجود داشته است، و تحقیقات روی رباتهای انساننما در اواسط قرن-20 آغاز شد و یک فرآیند توسعه طولانی از نمونههای اولیه آزمایشگاهی تا مراحل اولیه صنعتیسازی را تجربه کرد. اولین استفاده از اصطلاح "ربات" از نمایشنامه کارل چاپک، نویسنده چک، RUR (ربات های جهانی Rossum)، به معنای بردگان ماشینی است که به بشریت خدمت می کنند. تولید انبوه ربات های صنعتی در دهه 1960 با بازوی رباتیک "UNIMATE" که توسط شرکت آمریکایی Unimation راه اندازی شد، آغاز شد که عصر ربات های صنعتی تجاری را باز کرد.
تحقیق و توسعه ربات های انسان نما از ژاپن آغاز شد و به تدریج وارد مراحل سیستم سازی و پویایی بالا شد:
مرحله اولیه اکتشاف (حدود دهه 1970): در سال 1973، پروفسور ایچیرو کاتو از دانشگاه واسدا در ژاپن، اولین ربات انسان نمای جهان، WABOT-1 را توسعه داد و مکانیسم راه رفتن دوپا WL-5 آن پایه و اساس انسان نما را ایجاد کرد. روبات ها
مرحله ادغام فناوری (دهه 1980{1}}): در سال 1986، هوندا تحقیقاتی را بر روی ربات انسان نما آسیمو آغاز کرد و در سال 2000، اولین نسل مدل آسیمو عرضه شد که ورود ربات های انسان نما به مرحله فناوری بسیار یکپارچه را نشان داد.
مرحله پیشرفت پویا (2000-2020): در سال 2016، بوستون داینامیکس ایالات متحده ربات دوپا اطلس را منتشر کرد که با توانایی متعادل کردن قدرتمند و عملکرد عبور از موانع، به ارتفاعات جدیدی در حرکت پویا و اجرای وظایف در محیط های خطرناک
مرحله اولیه صنعتیسازی (2020-اکنون): در سال 2022، تسلا نمونه اولیه ربات انساننما Optimus را راهاندازی کرد که هوش مصنوعی و فناوری محرک موتور بسیار یکپارچه را در روز هوش مصنوعی تسلا به نمایش گذاشت. نسخه 2023 Optimus قادر به طبقه بندی اشیاء و تعادل دقیق است که نشان می دهد روبات های انسان نما به تدریج به سمت کاربرد عملی حرکت می کنند.
نقاط عطف در تاریخچه توسعه ربات
| 1920 | کارل چاپک، نویسنده چک، برای اولین بار در نمایشنامه علمی تخیلی خود RUR از اصطلاح "ربات" استفاده کرد که نشان دهنده آغاز مفهوم مدرن روبات ها است. |
| 1939 | Elektro که در نمایشگاه جهانی نیویورک به نمایش گذاشته شد، نمونه ای از ربات های انسان نما اولیه با پاسخ صوتی و قابلیت های حرکتی اولیه بود. |
| 1941 | ایزاک آسیموف، نویسنده داستان های علمی تخیلی، مفهوم "رباتیک" را معرفی کرد که به معنای پایه نظری تحقیقات ربات است. |
| 1942 | آسیموف سه قانون رباتیک را در داستان های کوتاه خود پیشنهاد کرد و زمینه را برای اخلاق روبات ها فراهم کرد. |
| 1951 | توسعه بازوهای رباتیک راه را برای روبات های صنعتی آینده هموار کرد. |
| 1954 | جورج دیول، مهندس آمریکایی، بازوی روباتیک "Unimate" را به ثبت رساند که نشان دهنده آغاز رباتیک صنعتی است. |
| 1959 | جورج دوول با جوزف انگلبرگر برای توسعه "یونیمیت" همکاری کرد و شروع به استفاده از روبات ها در زمینه های صنعتی کرد. |
| 1961 | Unimate در خطوط تولید جنرال موتورز برای جوشکاری و ریخته گری نصب شد که نشان دهنده تجاری سازی ربات ها بود. |
| 1962 | اولین روبات های صنعتی موفق تجاری توسعه یافتند که رشد اتوماسیون صنعتی را تسریع کردند. |
| 1968 | Shakey، اولین ربات متحرک کنترل شده با رایانه مجهز به سیستم بینایی، معرفی شد که قادر به ناوبری و تصمیم گیری مستقل است. |
| 1969 | اولین ربات دوپا مجهز به بالشتک های هوا و ماهیچه های مصنوعی مسیرهای جدیدی را در تحقیقات ربات های بیونیک باز کرد. |
| 1971 | پروفسور ایچیرو کاتو WAP{0}} را توسعه داد، اولین ربات سه بعدی راه رفتن دوپا. |
| 1973 | اولین ربات انسان نما با ابعاد کامل و عملکردهای اولیه بیونیک ساخته شد. |
| 1975 | بازوی رباتیک PUMA (ماشین جهانی قابل برنامه ریزی برای مونتاژ) معرفی شد که استانداردی را در زمینه رباتیک صنعتی ایجاد کرد. |
| 1988 | ربات خدماتی "Helpmate" در بیمارستان ها مستقر شد و راه را برای رباتیک پزشکی هموار کرد. |
| 1992 | Intuitive Surgical ربات جراحی "داوینچی" را توسعه داد و جراحی های کم تهاجمی دقیق را به واقعیت تبدیل کرد. |
| 1996 | هوندا ربات P2 (با عملکرد دوپایه خود متعادل کننده) و ربات P3 (با استقلال کامل) را روانه بازار کرد که پایه و اساس روبات های انسان نما مدرن را گذاشت. |
| 1999 | کره جنوبی اولین ربات سرگرمی تجاری "RoboBuilder" را معرفی کرد، در حالی که اولین ماهی روباتیک جهان با موفقیت توسعه یافت. |
| 2002 | هوندا "ASIMO" یک ربات انسان نمای پیشرفته با قابلیت تعامل هوشمند را معرفی کرد. |
| 2005 | کره جنوبی باهوش ترین ربات متحرک جهان را راه اندازی کرد که سازگاری محیطی را برای ربات ها افزایش می دهد. |
| 2006 | مایکروسافت یک پلتفرم توسعه ماژولار برای روبات ها منتشر کرد که توسعه نرم افزار رباتیک را تسهیل می کند. |
| 2014 | سافت بانک از «فلفل» رونمایی کرد که قادر به تشخیص احساسات و تعامل با کاربران است. |
| 2016 | بوستون داینامیکس "اطلس" را راه اندازی کرد، یک ربات انسان نما که قادر به انجام اقدامات دینامیکی پیچیده مانند دویدن و پریدن است. |
| 2017 | تویوتا ربات T-HR3 را معرفی کرد که کنترل از راه دور و پاسخ های حساس را امکان پذیر می کند. |
| 2020 | Agility Robotics از ربات دوپا "Digit" با قیمت 250 دلار000 برای کاربردهای لجستیک و تحویل پرده برداری کرد. |
| 2021 | در روز هوش مصنوعی، تسلا پروژه ربات انسان نما خود "Optimus" را با هدف خودکارسازی نیروی کار آینده اعلام کرد. |
| 2022 | شیائومی اولین ربات انسان نما با اندازه کامل خود را با عملکردهای بیونیک معرفی کرد، در حالی که پیشرفت در مدل های هوش مصنوعی قابلیت های تعاملی ربات های هوشمند را افزایش داد. |
| 2023 | ربات ها به طور فزاینده ای در زمینه های مختلف از جمله تولید هوشمند، تحویل بدون سرنشین، همراهی در خانه و پزشکی دقیق استفاده می شوند. |
| 2024 | بازار جهانی رباتیک همچنان در حال گسترش است و باعث رشد در صنایعی مانند مراقبت های بهداشتی، تولید، کشاورزی و امنیت می شود. |
1.3 ادغام عمیق ربات های انسان نما و فناوری موتور
تکامل مداوم روباتهای انساننما از پشتیبانی فناوری موتور جدا نیست. به عنوان جزء اصلی درایوهای مفصل ربات، موتورها نه تنها عملکرد حرکتی ربات را تعیین میکنند، بلکه بر انعطافپذیری و دوام آن نیز تأثیر میگذارند. با دقت بالا، مصرف انرژی کم و قابلیت اطمینان، درایوهای موتور به تدریج به رایج ترین راه حل برق مورد استفاده برای روبات های انسان نما تبدیل شده اند. در همین حال، موتورهای بدون هسته، با مزایایی مانند سبک وزن، راندمان بالا و اینرسی کم، پشتیبانی فنی بسیار مهمی را برای توسعه سریع روباتهای انساننما فراهم میکنند.
در آینده، با پیشرفتهای بیشتر در فناوری، روباتهای انساننما به طور گستردهتری در سناریوهای مختلف زندگی مورد استفاده قرار خواهند گرفت و نشاط جدیدی را به توسعه اقتصادی و اجتماعی جهانی تزریق خواهند کرد. این باعث می شود بازار موتور، به ویژه بازار موتور بدون هسته، یک اقیانوس آبی جدید و مورد انتظار باشد.
1.4 ساختار ربات انسان نما: تجزیه و تحلیل اجزای کلیدی
ساختار کلیدی ربات های انسان نما را می توان به سه ماژول اصلی تقسیم کرد: محرک ها، کنترل کننده ها و حسگرها. اجزای اصلی مانند موتورها، کاهنده ها و حسگرها عملکرد ربات را تعیین می کنند. در زیر تجزیه و تحلیل دقیق این مؤلفه ها آورده شده است:
1.4.1 موتور
این موتور هسته اصلی اجرای حرکت ربات انسان نما است، از جمله موتورهای سروو، موتورهای پله ای، موتورهای گشتاور و موتورهای کروی و غیره. در میان آنها، موتورهای گشتاور به دلیل توانایی آنها در ارائه گشتاور بالا در سرعت های متوسط و پایین، برای اتصالات ربات انسان نما با نیازهای سرعت کم و گشتاور بالا ایده آل در نظر گرفته می شوند. با این حال، دشواری تحقیق و تولید آنها نسبتاً زیاد است و به پیشرفت هایی در گلوگاه های فناوری نیاز دارد.
1.4.2 کاهنده
کاهنده های هارمونیک به دلیل ساختار فشرده، نسبت انتقال بالا و دقت برتر به طور گسترده ای شناخته شده اند و آنها را به گزینه ای متداول برای اجزای مشترک ربات تبدیل می کند. با این حال، دوام و طول عمر آنها هنوز جای پیشرفت دارد.
1.4.3 سنسور
سنسورها نقش مهمی را در ربات ها ایفا می کنند، به ویژه حسگرهای گشتاور، که بخش مهمی از طراحی مفصل هستند. این حسگرها در ترکیب با موتورها و کاهنده ها، مجموعه مفصل را تشکیل می دهند و کنترل حرکت و بازخورد نیرو را دقیق ارائه می دهند.
1.4.4 روش درایو اندام فوقانی
اندام های بالایی بیشتر از طرح های بال اسکرو استفاده می کنند که حرکت رفت و برگشتی توپ ها را به حرکت خطی پیچ تبدیل می کند. در مقایسه با درایوهای تسمه یا زنجیره ای، بال اسکروها اصطکاک کمتری دارند، هزینه های عملیاتی و نگهداری کمتر و دقت بالاتری دارند.
1.4.5 روش درایو اندام تحتانی
پیچهای غلتکی سیارهای، که به دلیل مقاومت در برابر ضربههای نیروی خارجی و عمر مفید طولانی شناخته میشوند، به انتخاب اصلی برای درایوهای اندام تحتانی تبدیل شدهاند، به ویژه برای رسیدگی به نیازهای پیچیده کنترل راه رفتن مناسب هستند.
1.4.6 مفصل دست
مفاصل دست معمولاً از موتورهای بدون هسته استفاده می کنند. این موتورها طراحی ساده، سبک وزن و اجزای محرک ایده آل برای حرکت انگشت هستند و کنترل دقیق تری را ممکن می کنند.
علاوه بر این، یاتاقانهای انتخابی برای اتصالات خطی و دوار شامل یاتاقانهای تماس زاویهای، بلبرینگهای غلتکی متقاطع و بلبرینگهای شیار عمیق هستند. این اجزا در کنار هم وزن، دقت و قابلیت اطمینان ربات را تضمین می کنند.
1.5 موتور درایو و هوش ربات
مزایای هوشمند موتور درایو
در مقایسه با درایوهای هیدرولیک، درایوهای موتور عملکرد هوشمندانه ویژه ای در کنترل حرکت از خود نشان می دهند. به عنوان مثال، ربات انسان نمای تسلا از فناوری سروو موتور با چگالی گشتاور بالا استفاده می کند و کنترل حرکت هوشمند آن بسیار فراتر از سیستم های هیدرولیک سنتی است. این طراحی نه تنها امکان بازخورد بلادرنگ وضعیت حرکت را برای اطمینان از دقت کنترل فراهم میکند، بلکه هزینهها را نسبتاً پایین نگه میدارد و آن را برای کاربردهای در مقیاس بزرگ مناسب میسازد.
الزامات عملکرد برای موتورهای سروو
به عنوان هسته محرک های ربات، سروو موتورها باید الزامات عملکرد زیر را برآورده کنند:
- پاسخگویی سریع: سروو موتورها برای انطباق با محیط های پر دینامیک باید به سرعت راه اندازی و متوقف شوند.
- نسبت گشتاور به اینرسی راه اندازی بالا: سروو موتورها باید گشتاور راه اندازی بالایی داشته باشند در حالی که اینرسی دورانی پایین را حفظ می کنند.
- کنترل پیوسته و مشخصه های خطی: سرعت موتور باید به طور مداوم با تغییرات سیگنال کنترل تنظیم شود تا از اجرای دقیق اطمینان حاصل شود.
- طراحی فشرده: سروو موتورها باید از نظر اندازه کوچک و سبک باشند تا در طرح فضایی فشرده ربات قرار گیرند.
- دوام و قابلیت اضافه بار: سروموتورها باید چرخش های مکرر رو به جلو و معکوس و عملیات شتاب/کاهش سرعت را تحمل کنند و چندین برابر بار نامی را برای مدت کوتاه تحمل کنند.
این ویژگی ها موتورهای سروو را در زمینه رباتیک ضروری می کند و پایه و اساس هوش و پایداری بالاتر را در ربات ها می گذارد.
مقدمه ای بر ویژگی های حالت های رانندگی با منابع مختلف قدرت
| تایپ کنید | مقدمه | ویژگی ها | مزایا | معایب |
| نوع برقی | محرک های الکتریکی شامل سرووهای DC (جریان مستقیم)، سرووهای AC (جریان متناوب)، موتورهای پله ای و الکترومغناطیس ها و غیره می باشند. آنها پرکاربردترین محرک ها هستند. سرووها علاوه بر نیاز به عملکرد روان، عموماً به عملکرد دینامیکی خوب، مناسب بودن برای استفاده مکرر، سهولت نگهداری و غیره نیاز دارند. | می توانید از منبع تغذیه تجاری استفاده کنید، جهت انتقال نیرو یکسان است، با تمایزات AC و DC: به ولتاژ و قدرت مصرف توجه کنید. | کارکرد آسان: برنامه نویسی آسان: می تواند به کنترل سروو موقعیت یابی دست یابد: پاسخ سریع، اتصال آسان با رایانه ها (CPU): اندازه کوچک، قدرت زیاد، بدون آلودگی. | خروجی برق لحظه ای زیاد است: اختلاف اضافه بار: هنگامی که گیر می کند، می تواند باعث حوادث سوختگی شود: به شدت تحت تأثیر نویز خارجی قرار می گیرد. |
| نوع پنوماتیک | عملگرهای پنوماتیکی، جدا از استفاده از هوای فشرده به عنوان محیط کار، هیچ تفاوتی با محرک های هیدرولیک ندارند. درایو پنوماتیک می تواند نیروی محرکه، ضربه و سرعت زیادی را ارائه دهد، اما به دلیل ویسکوزیته و تراکم پذیری کم هوا، نمی توان از آن در شرایطی استفاده کرد که دقت موقعیت یابی بالا مورد نیاز است. | فشار منبع فشار گاز 5~7xMpa. به اپراتورهای ماهر نیاز دارد | نوع گاز، کم هزینه: بدون نشتی، بدون آلودگی محیطی: پاسخ سریع، عملکرد آسان. | قدرت کوچک، اندازه بزرگ، کوچک کردن سخت است. حرکت ناپایدار، دشوار برای انتقال در فواصل طولانی؛ پر سر و صدا سروو سخت است |
| نوع هیدرولیک | محرک های هیدرولیک عمدتاً شامل سیلندرهای رفت و برگشتی، سیلندرهای دوار، موتورهای هیدرولیک و غیره می باشند که در این میان سیلندرها رایج ترین هستند. تحت قدرت خروجی یکسان، اجزای هیدرولیک دارای ویژگی های وزن سبک و انعطاف پذیری خوب هستند. | فشار منبع فشار مایع 20~80xMpa. به اپراتورهای ماهر نیاز دارد | قدرت خروجی زیاد، سرعت سریع، حرکت صاف، می تواند به کنترل سروو موقعیت یابی دست یابد. اتصال آسان با کامپیوتر (CPU). | کوچک کردن تجهیزات دشوار است. سیال هیدرولیک و روغن فشار مورد نیاز سختگیرانه است. مستعد نشت، باعث آلودگی محیط زیست می شود. |
به خواندن ادامه دهید: قلب حرکت ربات - نقش تعیین کننده موتورها در دقت - قسمت 2







