1. Nedbrydning og værdifordeling af humanoide robotter
1. Demontering af humanoid robot
På den første Tesla AI-dag i august 2021 udgav Tesla en koncepttegning af sin første humanoide robot "Optimus". Den humanoide robot er 5 fod 8 tommer høj, vejer 125 pund og har 45 lb. bæreevne og en dødløftkapacitet på 150 lbs., som vil blive styret gennem smarte algoritmer svarende til dem, der bruges i elektriske køretøjer. En prototype vil blive lanceret i februar 2022, og en ny generation af næsten komplet humanoid robot vil blive afsløret på AI-dagen den 30. september 2022. Den vil blive afsløret på World Artificial Intelligence Conference i juli 2023.
Den seneste generation af Optimus udgivet af Tesla har 28 led (14 roterende aktuatorer + 14 lineære aktuatorer) i den mekaniske del af kroppen, og de 2 fingerfærdige hænder har i alt 12 led (6 aktuatorer * 2). Teslas humanoide robots fingerfærdige hænder er designet til at efterligne menneskehænder og har adaptive gribeevner. Håndstrukturen har fem fingre og flere led. Tommelfingeren bruger dobbeltmotorer til at drive bøjning og sidesving, og de andre fire fingre har hver en motor. Den har i alt 6 aktuatorer, 11 frihedsgrader, en belastning på 20 pund, evnen til at tilpasse sig gribevinklen, evnen til at bruge værktøj og evnen til præcist at gribe små genstande. De 28 aktuatorer på Tesla humanoid robotten er fordelt på skuldre (6), albuer (2), håndled (6), torso (2), hofter (6), knæ (2 stk), ankel (4 stk).
Tesla Optimus's roterende samlingsløsning: rammeløs motor + harmonisk reducer + momentsensor + positionssensor + lejer (vinkelkontaktkuglelejer + krydsede cylindriske rullelejer) + encoder. Tesla demonstrerede samtidig sin aktuator-produktportefølje, som omfatter tre roterende reduktionsgearer med forskellige drejningsmomenter, henholdsvis 20Nm/110Nm/180Nm. Hele kroppens fordeling: 6 på skuldre, 2 på håndled, 4 på hofter og 2 på krop.
Tesla Optimus' lineære samlingsløsning: rammeløs motor + planetrulleskrue + momentsensor + positionssensor + leje. Tesla demonstrerede samtidig sin aktuator-produktportefølje, som omfatter tre lineære aktuatorer med forskellige drejningsmomenter, med drejningsmomenter på 500N/3900N/8000N. Hele kroppens fordeling: 2 albuer, 4 håndled, 2 hofter, 2 knæ og 4 ankler.
2. Værdifordeling af hoveddelene af humanoide robotter
Med henvisning til Tesla Optimus er værdien af den humanoide robot hovedsageligt fordelt i FSD-systemet, AI-chippen, aktuatoren og fingernem håndlemmeskelet: FSD/AI-chip: Teslas kernekonkurrenceevne, værdien af en enkelt maskine er omkring 50,{ {1}} yuan, og omkostningerne tegner sig for ca. 26,5 %; Roterende aktuator: monteringsprodukter vil blive leveret af tredjeparter, herunder harmoniske reduktionsgearer (eller nye harmonisk-lignende reduktioner), rammeløse drejningsmomentmotorer, drejningsmomentsensorer, indkodere, lejer og andre større dele, omkostningerne udgør omkring 23%; lineær aktuator: monteringsproduktet vil blive leveret af en tredjepart, inklusive planetarisk rulleskrue, rammeløs drejningsmomentmotor, drejningsmomentsensor, encoder, leje og andre større dele, omkostningerne udgør omkring 28%; behændig hånd: inklusive kerneløs motor, planetgearkasse, sensor, kugleskrue osv., der tegner sig for ca. 7 % af omkostningerne; lemmerskelet: mekaniske strukturelle dele, der tegner sig for ca. 13% af omkostningerne. Blandt de ikke-samlede dele leveret af tredjeparter, rammeløse momentmotorer (14,84 %), planetrulleskruer (14,84 %), harmoniske reduktionsgearer (7,42 %), momentsensorer (7,42 %), indkodere (4,45 %), kerneløse motorer ( 3,82 pct. udgør en større andel. 2. Analyse af de vigtigste led i humanoide robotter
1. Reducer: Tekniske barrierer er høje, indenlandsk substitution accelererer
Robotreduktionsanordninger er hovedsageligt opdelt i to kategorier: RV-reduktionsanordninger og harmoniske reduktionsanordninger. Den harmoniske reducer har fordelene ved stort enkelttrins transmissionsforhold, lille størrelse, lav masse og høj bevægelsesnøjagtighed. Den kan fungere normalt i trange rum og medium strålingsforhold og er mere velegnet til let belastning præcisionsdecelerationsfelter, såsom humanoide robotter osv. Sammenlignet med harmoniske reduktionsgearer har RV-reducere fordelene ved stort transmissionsforholdsområde, relativt stabil nøjagtighed, høj udmattelsesstyrke osv. Samt højere stivhed og drejningsmomentkapacitet. De er hovedsageligt velegnede til tunge dele som robotarme og maskinbaser. .
Vanskelighederne ved harmoniske reduktionsmidler ligger hovedsageligt i tanddesign, materialer, forarbejdningsudstyr, teknologi og konsistens. Tekniske vanskeligheder omfatter specifikt: Tandformsdesign: Da transmissionsprincippet for den harmoniske reducer er indgrebsbevægelsen mellem to gear, og flexspline konstant deformeres, har højden, bredden, formen og andre designs af gearene en større indflydelse på gearene. decelerationsydelse. Indflydelse. Materiale: Flexspline deformerer kontinuerligt og overfører drejningsmoment, hvilket stiller store udfordringer for materialets konsistens, belastning, nøjagtighed og udmattelseslevetid. Almindelige metaller og legeringer er svære at opfylde kravene. Bearbejdningsudstyr: Flexspline er meget tynd med en tykkelse på ca. 100 μm. Kravene til forarbejdning og skæring er høje. Højpræcisions-CNC-slibemaskiner og gearkogningsmaskiner skal importeres, og japanske højpræcisionsværktøjsmaskiner har restriktioner for mit land. Bearbejdningsteknologi: Bearbejdning og skæring af flex splines er meget krævende, og nogle processer er stadig afhængige af medarbejdernes erfaringsopbygning. Konsistens: I storskala masseproduktion er det meget vanskeligt at reducere den defekte rate og opretholde produktkonsistens. Sammenlignet med harmoniske reducerere har RV-reducere en mere kompleks struktur og har strengere krav til behandlingsnøjagtighed og teknologi. De tekniske vanskeligheder er specifikt: Behandlingsnøjagtighed: Strukturen er kompleks. Under faktiske arbejdsforhold skal RV-reduceren gentagne gange og præcist placeres, hvilket svarer til kontinuerlig start og bremsning for at opretholde nøjagtigheden uden dæmpning. Hvis nøjagtigheden er lav, vil det forårsage slitage på produktet. Forarbejdningsteknologi: Det tætte samarbejde mellem forskellige processer, herunder tandoverfladevarmebehandling, bearbejdningsnøjagtighed, delsymmetri, grupperingsteknologi og samlingsnøjagtighed. De endelige monteringstolerancer for disse processer vil forårsage slitage og levetid på produktet. Konsistens: Som præcisionskomponenter er det ikke svært for et enkelt produkt at opnå høj ydeevne, men det er en stor udfordring for masseproducerede produkter i stor skala at opfylde standardydelsen.
Importmonopolet af reduktionsmidler forventes at blive brudt, og indenlandsk substitution er i gang. Det globale marked for robotreduktion er stærkt koncentreret, hvor japanske producenter optager størstedelen af markedsandelen. I 2021 besatte Nabtesco 53% af Kinas markedsandel for autocampere, og Hamon Naco besatte 35,5% af Kinas markedsandel for harmoniske reducering. Men Kina har nu betragtet gennembrud inden for nøglekerneteknologier for robotter som et vigtigt projekt, og indenlandske producenter har overvundet nogle af problemerne i nøglekernekomponenter såsom reduktionsgear, controllere og servosystemer. Eksportmængden af Kinas RV-reducere har vist en generel opadgående tendens, mens importmængden generelt har vist en nedadgående tendens. Tendensen med lokalisering af RV-reducere er dukket op. I de seneste år er indenlandske harmoniske producenter gradvist gået ind i forsyningskæden for downstream-kunder, og markedsandelen for kinesiske mærker er steget år for år. Enhedsprisen på importerede præcisionsreduktionsapparater, såsom produkter fra Japans Hamonoko Company, er normalt mellem 3,000 og 4,000 yuan. Enhedsprisen på indenlandske præcisionsreduktionsapparater er 30% til 50% af prisen, hvilket har en prisfordel.
2. Blyskrue: De tekniske barrierer er meget høje, og der er meget plads til hjemmesubstitution.
Skruen er et ideelt produkt til at konvertere roterende bevægelse til lineær bevægelse eller konvertering af lineær bevægelse til roterende bevægelse. Almindelige skrueprodukter omfatter glideskruer, kugleskruer, planetrulleskruer osv. Kugleskrue er et almindeligt anvendt transmissionselement i industrielle præcisionsmaskiner. Dens hovedstruktur omfatter tre dele: kugleskrue, kuglemøtrik og kugle. Kernetransmissionsprincippet er at konvertere rotationsbevægelse til lineær bevægelse og konvertere glidende friktion til rullende friktion. Når skruen roterer i forhold til møtrikken, skubber skruens roterende overflade møtrikken til at bevæge sig aksialt gennem kuglernes cykliske rulning, hvilket drejer rotationen til lineær bevægelse; kuglernes rulning får glidefriktionen mellem skruen og møtrikken til at ændre sig til glidefriktionen mellem kuglerne, skruen og møtrikken. Den rullende friktion mellem dem forvandler glidning til rullende, hvilket i høj grad forbedrer transmissionseffektiviteten. Planetrulleskruer er en højpræcisionsgren af den nye generation af gevindskruer, med stærk omfattende ydeevne og brede anvendelsesmuligheder. Den planetariske rulleskrue genererer linjekontakt rullende friktion gennem indgribende ruller, hvilket i høj grad øger kontaktfladen og spændingsoverfladen under skruetransmissionsprocessen. Sammenlignet med de tidligere kugleskruer, der blev brugt til præcisionstransmission, går transmissionseffektiviteten ikke væsentligt tabt. Samtidig har den karakteristika af høj hastighed, høj belastning, høj stivhed, høj rækkevidde af bly, mindre størrelse, lavere støj og lettere vedligeholdelse og demontering. Det er blevet brugt i globale højpræcisionsområder såsom rumfart, våben og udstyr og atomkraft. Det har også omfattende anvendelsesbehov i civile scenarier såsom værktøjsmaskiner, automobil-ABS-systemer og petrokemiske industrier.
Kugleskrue: Kugleskruen blev opfundet i 1874. I 1930'erne anvendte General Motors i USA først kugleskruekomponenter i automobilstyreanordninger. I 1940'erne blev kugleskruepar først brugt på CNC-værktøjsmaskiner. , og er blevet et ideelt fødeelement til CNC-værktøjsmaskiner; med udviklingen af værktøjsmaskiner og automatiseringsudstyr er forskning og produktion af kugleskruepar blevet fremmet. I 1950'erne begyndte mange kugleskrueproducenter at dukke op i industrielt udviklede lande, såsom det britiske ROTAX , Japan NSK osv. Udviklingen af kugleskruepar til CNC-værktøjsmaskiner i vores land startede i 1950'erne. I 1964 designede og udviklede mit land det første sæt kugleskruepar alene. Siden landet lancerede relaterede projekter i 2009, har indenlandske virksomheder som Hanjiang Machine Tool og Shandong Bote Seiko og andre opnået mange fremragende resultater, men på nuværende tidspunkt har mit land stadig plads til forbedringer i højtydende produkter sammenlignet med verdens avancerede virksomheder . På hjemmemarkedet er mellem-til-high-end kugleskruemarkedet hovedsageligt besat af tyske og japanske virksomheder, såsom THK, internationale virksomheder som NSK og Rexroth kan optage 90% af markedsandelen på high-end-markedet , mens de kinesiske virksomheder hovedsageligt er aktive på mellemmarkedet og tegner sig for omkring 30 % af markedsandelen. Hovedårsagen er, at vores lands virksomheder er små i skala, startede sent og ikke kan nå en høj grad af præcision i produktkvalitet.
Planetrulleskrue: I 1942 søgte svenske Carl Bruno Strandgren første gang om patent på en recirkulerende planetrulleskrue. I 1954 ansøgte han om patent på en standard og omvendt planetrulleskrue. I 1986 opfandt William J. Roantree den differentielle planetariske rulleskrue, og derefter opfandt Oliver Saari lejeringens planetrulleskrue. I 1970 begyndte schweiziske Rollvis Company at udvikle planetariske rulleskruer. Sveriges SKF udviklede også planetariske rulleskruer. Moog i USA, Ortlieb i Tyskland og Power Jacks i Storbritannien har alle deres egne modne planetariske rulleskruer. Produkter; Exlar fra USA og Rexroth i Tyskland bruger begge planetariske rulleskruer i deres respektive elektromekaniske aktuatorer. I 2022 vil japanske og europæiske rulleskruevirksomheder tegne sig for så meget som 90% af det kinesiske marked. Ifølge data fra Guanyan Report Network er de fire største producenter i mit lands udbud af planetariske rulleskruer i 2022 Rollvis (Schweiz), GSA (Schweiz), Ewellix (Sverige) og Rexroth (Tyskland) med markedsandele på 27 % , 26 %, 13 %, 12 %. Fordi kinesiske virksomheder startede sent i denne industri, halter deres konkurrencestyrke langt bagefter virksomheder i udenlandske industrielt udviklede lande.