1. Ανάλυση και κατανομή αξίας ανθρωποειδών ρομπότ
1. Αποσυναρμολόγηση ανθρωποειδούς ρομπότ
Στην πρώτη Ημέρα Τεχνητής Νοημοσύνης της Tesla τον Αύγουστο του 2021, η Tesla κυκλοφόρησε ένα πρωτότυπο σχέδιο του πρώτου ανθρωποειδούς ρομπότ της «Optimus». Το ανθρωποειδές ρομπότ έχει ύψος 5 πόδια και 8 ίντσες, ζυγίζει 125 λίβρες και έχει χωρητικότητα 45 λίβρες και χωρητικότητα νεκρής ανύψωσης 150 λίβρες, η οποία θα ελέγχεται μέσω έξυπνων αλγορίθμων παρόμοιων με αυτούς που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρικά οχήματα. Ένα πρωτότυπο θα κυκλοφορήσει τον Φεβρουάριο του 2022 και μια νέα γενιά σχεδόν πλήρους ανθρωποειδούς ρομπότ θα παρουσιαστεί την Ημέρα AI, στις 30 Σεπτεμβρίου 2022. Θα παρουσιαστεί στο Παγκόσμιο Συνέδριο Τεχνητής Νοημοσύνης τον Ιούλιο του 2023.
Η τελευταία γενιά Optimus που κυκλοφόρησε από την Tesla έχει 28 συνδέσμους (14 περιστροφικοί ενεργοποιητές + 14 γραμμικοί ενεργοποιητές) στο μηχανικό μέρος του σώματος και τα 2 επιδέξια χέρια έχουν συνολικά 12 αρθρώσεις (6 ενεργοποιητές * 2). Τα επιδέξια χέρια του ανθρωποειδούς ρομπότ της Tesla είναι σχεδιασμένα να μιμούνται τα ανθρώπινα χέρια και έχουν προσαρμοστικές ικανότητες σύλληψης. Η δομή του χεριού έχει πέντε δάχτυλα και πολλαπλές αρθρώσεις. Ο αντίχειρας χρησιμοποιεί διπλούς κινητήρες για να οδηγεί την κάμψη και την πλευρική αιώρηση και τα άλλα τέσσερα δάχτυλα έχουν έναν κινητήρα το καθένα. Διαθέτει συνολικά 6 ενεργοποιητές, 11 βαθμούς ελευθερίας, φορτίο 20 λιβρών, δυνατότητα προσαρμογής στη γωνία σύλληψης, δυνατότητα χρήσης εργαλείων και δυνατότητα ακριβούς σύλληψης μικρών αντικειμένων. Οι 28 ενεργοποιητές στο ανθρωποειδές ρομπότ Tesla είναι κατανεμημένοι στους ώμους (6), στους αγκώνες (2), στους καρπούς (6), στον κορμό (2), στους γοφούς (6), στα γόνατα (2 τμχ), στον αστράγαλο (4 τμχ).
Λύση περιστρεφόμενου αρμού της Tesla Optimus: κινητήρας χωρίς πλαίσιο + αρμονικός μειωτήρας + αισθητήρας ροπής + αισθητήρας θέσης + ρουλεμάν (ρουλεμάν γωνιακής επαφής + σταυρωτά κυλινδρικά ρουλεμάν) + κωδικοποιητής. Η Tesla παρουσίασε ταυτόχρονα το χαρτοφυλάκιο προϊόντων ενεργοποιητών της, το οποίο περιλαμβάνει τρεις περιστροφικούς μειωτήρες με διαφορετικές ροπές, αντίστοιχα 20Nm/110Nm/180Nm. Κατανομή σε ολόκληρο το σώμα: 6 στους ώμους, 2 στους καρπούς, 4 στους γοφούς και 2 στον κορμό.
Λύση γραμμικής άρθρωσης της Tesla Optimus: κινητήρας χωρίς πλαίσιο + πλανητική βίδα κυλίνδρου + αισθητήρας ροπής + αισθητήρας θέσης + ρουλεμάν. Η Tesla παρουσίασε ταυτόχρονα το χαρτοφυλάκιο προϊόντων ενεργοποιητών της, το οποίο περιλαμβάνει τρεις γραμμικούς ενεργοποιητές με διαφορετικές ροπές, με ροπές 500N/3900N/8000N. Κατανομή σε ολόκληρο το σώμα: 2 αγκώνες, 4 καρποί, 2 γοφοί, 2 γόνατα και 4 αστραγάλοι.
2. Κατανομή αξίας των κύριων μερών των ανθρωποειδών ρομπότ
Αναφερόμενοι στο Tesla Optimus, η αξία του ανθρωποειδούς ρομπότ κατανέμεται κυρίως στο σύστημα FSD, στο τσιπ AI, στον ενεργοποιητή και στον επιδέξιο σκελετό των άκρων χεριών: Τσιπ FSD/AI: Η ανταγωνιστικότητα του πυρήνα της Tesla, η αξία μιας μεμονωμένης μηχανής είναι περίπου 50,{ {1}} γιουάν και το κόστος ανέρχεται περίπου στο 26,5%. Περιστροφικός ενεργοποιητής: τα προϊόντα συναρμολόγησης θα παρέχονται από τρίτους, συμπεριλαμβανομένων των μειωτών αρμονικών (ή νέων μειωτήρων που μοιάζουν με αρμονικές), των κινητήρων ροπής χωρίς πλαίσιο, των αισθητήρων ροπής, των κωδικοποιητών, των ρουλεμάν και άλλων σημαντικών ανταλλακτικών, το κόστος ανέρχεται περίπου στο 23%. γραμμικός ενεργοποιητής: το προϊόν συναρμολόγησης θα παρέχεται από τρίτο μέρος, συμπεριλαμβανομένου του πλανητικού κυλίνδρου, του κινητήρα ροπής χωρίς πλαίσιο, του αισθητήρα ροπής, του κωδικοποιητή, του ρουλεμάν και άλλων βασικών εξαρτημάτων, το κόστος αντιστοιχεί περίπου στο 28%. επιδέξιο χέρι: συμπεριλαμβανομένου του κινητήρα χωρίς πυρήνα, του πλανητικού κιβωτίου ταχυτήτων, του αισθητήρα, της σφαιρικής βίδας κ.λπ., που αντιπροσωπεύουν περίπου το 7% του κόστους. σκελετός άκρου: μηχανικά δομικά μέρη, που αντιπροσωπεύουν περίπου το 13% του κόστους. Μεταξύ των μη συναρμολογημένων εξαρτημάτων που παρέχονται από τρίτους, κινητήρες ροπής χωρίς πλαίσιο (14,84%), βίδες πλανητικού κυλίνδρου (14,84%), μειωτήρες αρμονικών (7,42%), αισθητήρες ροπής (7,42%), κωδικοποιητές (4,45 %), κινητήρες χωρίς πυρήνα ( Το 3,82%) αντιπροσωπεύουν μεγαλύτερο ποσοστό. 2. Ανάλυση των κύριων συνδέσμων των ανθρωποειδών ρομπότ
1. Μειωτής: Τα τεχνικά εμπόδια είναι υψηλά, η εγχώρια υποκατάσταση επιταχύνεται
Οι μειωτήρες ρομπότ χωρίζονται κυρίως σε δύο κατηγορίες: μειωτήρες RV και αρμονικούς μειωτήρες. Ο αρμονικός μειωτήρας έχει τα πλεονεκτήματα της μεγάλης αναλογίας μετάδοσης ενός σταδίου, του μικρού μεγέθους, της χαμηλής μάζας και της υψηλής ακρίβειας κίνησης. Μπορεί να λειτουργήσει κανονικά σε περιορισμένους χώρους και συνθήκες μέσης ακτινοβολίας και είναι πιο κατάλληλο για πεδία επιβράδυνσης ακριβείας ελαφρού φορτίου, όπως ανθρωποειδή ρομπότ κ.λπ. . Σε σύγκριση με τους αρμονικούς μειωτήρες, οι μειωτήρες RV έχουν τα πλεονεκτήματα της μεγάλης κλίμακας σχέσης μετάδοσης, της σχετικά σταθερής ακρίβειας, της υψηλής αντοχής σε κόπωση κ.λπ., καθώς και της υψηλότερης ακαμψίας και ικανότητας μεταφοράς ροπής. Είναι κυρίως κατάλληλα για εξαρτήματα βαρέως φορτίου όπως βραχίονες ρομπότ και βάσεις μηχανών. .
Οι δυσκολίες των αρμονικών μειωτών έγκεινται κυρίως στον σχεδιασμό των δοντιών, τα υλικά, τον εξοπλισμό επεξεργασίας, την τεχνολογία και τη συνέπεια. Οι τεχνικές δυσκολίες περιλαμβάνουν συγκεκριμένα: Σχεδιασμός σχήματος δοντιού: Δεδομένου ότι η αρχή μετάδοσης του αρμονικού μειωτήρα είναι η κίνηση πλέγματος μεταξύ δύο γραναζιών και η εύκαμπτη γραμμή παραμορφώνεται συνεχώς, το ύψος, το πλάτος, το σχήμα και άλλα σχέδια των γραναζιών έχουν μεγαλύτερο αντίκτυπο στο απόδοση επιβράδυνσης. Επιρροή. Υλικό: Το flexspline παραμορφώνει συνεχώς και μεταδίδει ροπή, γεγονός που θέτει μεγάλες προκλήσεις στη συνοχή, το φορτίο, την ακρίβεια και τη διάρκεια ζωής του υλικού σε κόπωση. Τα συνηθισμένα μέταλλα και κράματα είναι δύσκολο να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις. Εξοπλισμός επεξεργασίας: Το flexspline είναι πολύ λεπτό, με πάχος περίπου 100 μm. Οι απαιτήσεις επεξεργασίας και κοπής είναι υψηλές. Πρέπει να εισαχθούν μύλοι CNC υψηλής ακρίβειας και μηχανές κοπής γραναζιών και οι ιαπωνικές εργαλειομηχανές υψηλής ακρίβειας έχουν περιορισμούς στη χώρα μου. Τεχνολογία επεξεργασίας: Η επεξεργασία και η κοπή των flex splines είναι ιδιαίτερα απαιτητικές και ορισμένες διαδικασίες εξακολουθούν να βασίζονται στη συσσώρευση εμπειρίας των εργαζομένων. Συνέπεια: Στη μαζική παραγωγή μεγάλης κλίμακας, είναι πολύ δύσκολο να μειωθεί ο ρυθμός ελαττώματος και να διατηρηθεί η συνοχή του προϊόντος. Σε σύγκριση με τους αρμονικούς μειωτήρες, οι μειωτήρες RV έχουν πιο σύνθετη δομή και έχουν αυστηρότερες απαιτήσεις για την ακρίβεια και την τεχνολογία επεξεργασίας. Οι τεχνικές δυσκολίες είναι συγκεκριμένα: Ακρίβεια επεξεργασίας: Η δομή είναι πολύπλοκη. Σε πραγματικές συνθήκες εργασίας, ο μειωτήρας RV πρέπει να τοποθετείται επανειλημμένα και με ακρίβεια, κάτι που ισοδυναμεί με συνεχή εκκίνηση και πέδηση για διατήρηση της ακρίβειας χωρίς εξασθένηση. Εάν η ακρίβεια είναι χαμηλή, θα προκαλέσει φθορά του προϊόντος. Τεχνολογία επεξεργασίας: Η στενή συνεργασία διαφόρων διεργασιών, συμπεριλαμβανομένης της θερμικής επεξεργασίας επιφάνειας των δοντιών, της ακρίβειας επεξεργασίας, της συμμετρίας μερών, της τεχνολογίας ομαδοποίησης και της ακρίβειας συναρμολόγησης. Οι τελικές ανοχές συναρμολόγησης αυτών των διεργασιών θα προκαλέσουν φθορά και διάρκεια ζωής του προϊόντος. Συνέπεια: Ως εξαρτήματα ακριβείας, δεν είναι δύσκολο για ένα μεμονωμένο προϊόν να επιτύχει υψηλή απόδοση, αλλά είναι μεγάλη πρόκληση για προϊόντα μαζικής παραγωγής μεγάλης κλίμακας να πληρούν τις τυπικές επιδόσεις.
Αναμένεται να σπάσει το εισαγωγικό μονοπώλιο των μειωτήρων και η εγχώρια υποκατάσταση βρίσκεται σε εξέλιξη. Η παγκόσμια αγορά μειωτήρων ρομπότ είναι ιδιαίτερα συγκεντρωμένη, με τους Ιάπωνες κατασκευαστές να καταλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος του μεριδίου αγοράς. Το 2021, η Nabtesco κατείχε το 53% του μεριδίου αγοράς μειωτήρων RV της Κίνας και η Hamon Naco κατέλαβε το 35,5% του μεριδίου αγοράς των μειωτών αρμονικών της Κίνας. Ωστόσο, η Κίνα θεωρεί πλέον τις ανακαλύψεις στις βασικές τεχνολογίες των ρομπότ ως σημαντικό έργο και οι εγχώριοι κατασκευαστές έχουν ξεπεράσει ορισμένα από τα προβλήματα σε βασικά βασικά εξαρτήματα, όπως μειωτήρες, ελεγκτές και σερβο συστήματα. Ο όγκος των εξαγωγών των μειωτών RV της Κίνας παρουσίασε συνολική ανοδική τάση, ενώ ο όγκος των εισαγωγών παρουσίασε γενικά πτωτική τάση. Έχει εμφανιστεί η τάση εντοπισμού των μειωτών RV. Τα τελευταία χρόνια, οι εγχώριοι κατασκευαστές αρμονικών έχουν εισέλθει σταδιακά στην αλυσίδα εφοδιασμού των κατάντη πελατών και το μερίδιο αγοράς των κινεζικών εμπορικών σημάτων αυξάνεται χρόνο με το χρόνο. Η τιμή μονάδας των εισαγόμενων μειωτήρων ακριβείας, όπως τα προϊόντα της ιαπωνικής εταιρείας Hamonoko, είναι συνήθως μεταξύ 3,000 και 4,000 γιουάν. Η τιμή μονάδας των εγχώριων μειωτήρων ακριβείας είναι 30% έως 50% της τιμής, γεγονός που έχει πλεονέκτημα τιμής.
2. Μολύβδινη βίδα: Τα τεχνικά εμπόδια είναι πολύ υψηλά και υπάρχει πολύς χώρος για εγχώρια αντικατάσταση.
Η βίδα είναι ένα ιδανικό προϊόν για τη μετατροπή της περιστροφικής κίνησης σε γραμμική κίνηση ή τη μετατροπή της γραμμικής κίνησης σε περιστροφική κίνηση. Τα κοινά προϊόντα με κοχλία περιλαμβάνουν συρόμενες βίδες, σφαιρικές βίδες, πλανητικές βίδες κυλίνδρου, κ.λπ. Η σφαιρική βίδα είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο στοιχείο μετάδοσης στα βιομηχανικά μηχανήματα ακριβείας. Η κύρια δομή του περιλαμβάνει τρία μέρη: σφαιρική βίδα, σφαιρικό παξιμάδι και μπάλα. Η βασική αρχή μετάδοσης είναι η μετατροπή της περιστροφικής κίνησης σε γραμμική κίνηση και η μετατροπή της τριβής ολίσθησης σε τριβή κύλισης. Όταν η βίδα περιστρέφεται σε σχέση με το παξιμάδι, η περιστρεφόμενη επιφάνεια της βίδας ωθεί το παξιμάδι να κινηθεί αξονικά μέσω της κυκλικής κύλισης των σφαιρών, μετατρέποντας την περιστροφή σε γραμμική κίνηση. η κύλιση των σφαιρών προκαλεί την τριβή ολίσθησης μεταξύ της βίδας και του παξιμαδιού να μετατραπεί σε τριβή ολίσθησης μεταξύ των σφαιρών, της βίδας και του παξιμαδιού. Η τριβή κύλισης μεταξύ τους μετατρέπει την ολίσθηση σε κύλιση, βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση της μετάδοσης. Οι πλανητικές βίδες με ρολό είναι ένας κλάδος υψηλής ακρίβειας της νέας γενιάς βιδών με σπείρωμα, με ισχυρή συνολική απόδοση και ευρείες προοπτικές εφαρμογής. Η πλανητική βίδα κυλίνδρου δημιουργεί τριβή κύλισης με επαφή γραμμής μέσω κυλίνδρων πλέξης, η οποία αυξάνει σημαντικά την επιφάνεια επαφής και την επιφάνεια τάσεων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μετάδοσης με κοχλία. Σε σύγκριση με τις προηγούμενες σφαιρικές βίδες που χρησιμοποιήθηκαν για μετάδοση ακριβείας, η απόδοση μετάδοσης δεν χάνεται σημαντικά. Ταυτόχρονα, έχει τα χαρακτηριστικά υψηλής ταχύτητας, υψηλού φορτίου, υψηλής ακαμψίας, μεγάλης εμβέλειας μολύβδου, μικρότερου μεγέθους, χαμηλότερου θορύβου και ευκολότερης συντήρησης και αποσυναρμολόγησης. Έχει χρησιμοποιηθεί σε παγκόσμιους τομείς υψηλής ακρίβειας, όπως η αεροδιαστημική, τα όπλα και ο εξοπλισμός και η πυρηνική ενέργεια. Έχει επίσης εκτεταμένες ανάγκες εφαρμογής σε μη στρατιωτικά σενάρια όπως εργαλειομηχανές, συστήματα ABS αυτοκινήτων και πετροχημικές βιομηχανίες.
Σφαίρα: Ο σφαιρικός κοχλίας εφευρέθηκε το 1874. Στη δεκαετία του 1930, η General Motors των Ηνωμένων Πολιτειών εφάρμοσε για πρώτη φορά εξαρτήματα σφαιρικών βιδών σε συσκευές διεύθυνσης αυτοκινήτου. Στη δεκαετία του 1940, τα ζεύγη σφαιρικών βιδών χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά σε εργαλειομηχανές CNC. και έχει γίνει ιδανικό στοιχείο τροφοδοσίας για εργαλειομηχανές CNC. με την ανάπτυξη εργαλειομηχανών και εξοπλισμού αυτοματισμού, προωθήθηκε η έρευνα και η παραγωγή ζευγών σφαιρικών βιδών. Στη δεκαετία του 1950 άρχισαν να εμφανίζονται πολλοί κατασκευαστές σφαιρικών βιδών σε βιομηχανικά αναπτυγμένες χώρες, όπως η Βρετανική ROTAX, η Ιαπωνία NSK κ.λπ. Η ανάπτυξη ζευγών σφαιρικών βιδών για εργαλειομηχανές CNC στη χώρα μας ξεκίνησε τη δεκαετία του 1950. Το 1964, η χώρα μου σχεδίασε και ανέπτυξε το πρώτο σετ ζευγών βιδών από μόνη της. Από τότε που η χώρα ξεκίνησε σχετικά έργα το 2009, εγχώριες εταιρείες όπως η Hanjiang Machine Tool και η Shandong Bote Seiko και άλλες έχουν επιτύχει πολλά εξαιρετικά αποτελέσματα, αλλά προς το παρόν, η χώρα μου έχει ακόμα περιθώρια βελτίωσης σε προϊόντα υψηλής απόδοσης σε σύγκριση με τις προηγμένες εταιρείες του κόσμου . Στην εγχώρια αγορά, η αγορά των σφαιρικών βιδών μεσαίου έως υψηλού επιπέδου καταλαμβάνεται κυρίως από γερμανικές και ιαπωνικές εταιρείες, όπως η THK, οι διεθνείς εταιρείες όπως η NSK και η Rexroth μπορούν να καταλάβουν το 90% του μεριδίου αγοράς στην αγορά υψηλής τεχνολογίας , ενώ οι εταιρείες της ηπειρωτικής Κίνας δραστηριοποιούνται κυρίως στην αγορά μεσαίας κατηγορίας, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 30% του μεριδίου αγοράς. Ο κύριος λόγος είναι ότι οι επιχειρήσεις της χώρας μας είναι μικρές σε κλίμακα, ξεκίνησαν αργά και δεν μπορούν να φτάσουν σε υψηλό επίπεδο ακρίβειας στην ποιότητα των προϊόντων.
Πλανητική βίδα κυλίνδρου: Το 1942, ο Σουηδός Carl Bruno Strandgren υπέβαλε για πρώτη φορά αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για έναν ανακυκλούμενο πλανητικό ρολό. Το 1954, υπέβαλε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για μια τυπική και αντίστροφη πλανητική βίδα κυλίνδρου. Το 1986, ο William J. Roantree εφηύρε τη διαφορική πλανητική βίδα κυλίνδρου και στη συνέχεια ο Oliver Saari εφηύρε την πλανητική βίδα κυλίνδρου δακτυλίου ρουλεμάν. Το 1970, η ελβετική Rollvis Company άρχισε να αναπτύσσει πλανητικές βίδες κυλίνδρου. Η Σουηδική SKF ανέπτυξε επίσης πλανητικές βίδες κυλίνδρου. Η Moog στις Ηνωμένες Πολιτείες, η Ortlieb στη Γερμανία και οι Power Jacks στο Ηνωμένο Βασίλειο έχουν όλες τις δικές τους ώριμες πλανητικές βίδες. Προϊόντα; Η Exlar των Ηνωμένων Πολιτειών και η Rexroth της Γερμανίας χρησιμοποιούν και οι δύο βίδες πλανητικού κυλίνδρου στους αντίστοιχους ηλεκτρομηχανικούς ενεργοποιητές τους. Το 2022, οι ιαπωνικές και ευρωπαϊκές εταιρείες βιδών κυλίνδρων θα αντιπροσωπεύουν έως και το 90% της κινεζικής αγοράς. Σύμφωνα με στοιχεία από το Guanyan Report Network, οι τέσσερις κορυφαίοι κατασκευαστές στην αγορά πλανητικών κυλινδρικών βιδών της χώρας μου το 2022 είναι οι Rollvis (Ελβετία), GSA (Ελβετία), Ewellix (Σουηδία) και Rexroth (Γερμανία), με μερίδια αγοράς 27 % , 26%, 13%, 12%. Επειδή οι κινεζικές επιχειρήσεις ξεκίνησαν αργά σε αυτόν τον κλάδο, η ανταγωνιστική τους ισχύς υστερεί πολύ σε σχέση με τις επιχειρήσεις σε ξένες βιομηχανικά αναπτυγμένες χώρες.