TQ VALGE PABER Humanoidrobotid
Toote kasutusjuhised
Läbiview
TQ humanoidroboti ajamid on loodud pakkuma inimesele sarnaseid liigutusi roboti riistvaras. Need mootorid on üliolulised komponendid humanoidrobotite mitmekülgsete ja täpsete liikumiste saavutamiseks.
Mootorite valimise tegurid
Humanoidrobotite liigeste mootorite valik on inimesele sarnaste liigutuste saavutamiseks ülioluline. Peamised tegurid, mida tuleb arvestada, on täpsus, pöördemoment ja pöörlemiskiirus. TQ pöördemomendi mootorid on spetsiaalselt loodud nende nõuete täitmiseks.
Täpsus- ja pooluste paaride arv
Elektrimootorite täpsust mõjutab otseselt pooluste paaride arv. TQ servomootorid rõhutavad suurt pooluste paaride arvu, et tagada humanoidrobotite täpne juhtimine, positsioneerimine ja reguleerimine.
Paigaldus ja hooldus
Täiturmehhanismide paigaldamisel tagage õige joondus ja turvaline kinnitus, et vältida töö ajal valesti joondamise probleeme. Mootorite optimaalse jõudluse ja pikaealisuse tagamiseks on soovitatav regulaarselt hoolduskontrolle teha.
KKK-d
- K: Millised on humanoidrobotite peamised rakendused?
- V: Humanoidrobotid on eriti paljutõotavad tootmises ja logistikas, eriti töömahukate, füüsiliselt nõudlike ja korduvate ülesannete puhul.
- K: Kuidas aitavad pöördemomendiga mootorid robotites kaasa inimlikele liikumistele?
- V: Pöördemomendiga mootorid tagavad suure pöördemomendi madalatel pöörlemiskiirustel, võimaldades täpseid ja kontrollitud liigutusi, mis on olulised inimlike liikumiste kordamiseks.
TOOTETEAVE
VALGE PABER
Liikumise ajam Raamita pöördemomendi mootorid humanoidrobotite jaoks – teie teejuht edukaks valikuks ja rakendamiseks
humanoidrobotid
Järgmine evolutsiooniline Stage Robootikas: Humanoidrobotid
Humanoidrobotid, oma võimega jäljendada inimese kuju ja liikumist, esindavad järgmisi evolutsioonilisi stage robootikas ja kannavad endas ainulaadset võlu. Nendel robotitel on inimesesarnane kuju, mis on varustatud liigendatud jäsemetega – mida nimetatakse vabadusastmeteks – ja nad võivad töötada tehisintellekti juhtimise kaudu autonoomselt, peenmotoorika ja masinõppega. Kõik need võimed muudavad humanoidrobotid väga mitmekülgseks, kuigi nende kasutuselevõtt on praegu kobotite ja tööstusrobotidega võrreldes suuremate kuludega. Lisaks on humanoidrobotid tavaliselt modulaarse disainiga, hõlbustavad hooldust, remonti ja uuendamist.1
Humanoidne robot TALOS, PAL Robotics © PAL Robotics
Võidujooks kommertsialiseerimise poole
Turuvõimalused ja võidujooks kommertsialiseerimisele
Võidujooks esimese äriliselt elujõulise humanoidroboti väljatöötamiseks on üks põnevamaid suundumusi tehnikamaailmas. Investeerimispanga Goldman Sachsi analüüside kohaselt võib humanoidrobotite turu maht 35. aastaks ulatuda 2033 miljardi dollarini. See muljetavaldav arv näitab selle tehnoloogia tohutut potentsiaali tuleviku jaoks.2
Praegu töötavad paljud ettevõtted üle maailma äriliseks kasutamiseks mõeldud humanoidrobotite kallal, paljud neist hangivad selleks otstarbeks TQ-st servomootoreid.
Juhtimiskonsultatsioonifirma Horváth 2024. aasta märtsi turuanalüüs ennustab, et esimesed inimtaolised robotid võiksid jõuda tööstuslikuks kasutamiseks mõeldud seeriatootmisse juba 2025. aastal. Nende rakendused on eriti paljutõotavad tootmises ja logistikas, eriti töömahukate, füüsiliselt nõudlike ja korduvate ülesannete puhul.3
Kobotid ja tööstusrobotid sobivad hästi lihtsate korduvate ülesannete jaoks.
täiturid
Inimsarnase liikumise võti robootika riistvaras
Riistvara osas on täiturmehhanismidel ülioluline roll humanoidrobotites inimsarnaste liigutuste saavutamisel. Need komponendid toimivad inimese liigeste ja lihaste robotite ekvivalendina, võimaldades süsteemis nii pöörlevaid kui ka lineaarseid liikumisi. Täiturmehhanismid koosnevad hammasrataste, mootorite, andurite, laagrite ja kodeerijate kombinatsioonist. Mida rohkem vabadusastmeid on vaja, seda rohkem on vaja täiturmehhanisme. Praegu arendamisel olevad humanoidrobotid on võimelised saavutama 16–60 vabadusastet. Arengu edenedes vajavad humanoidrobotid veelgi rohkem täiturmehhanisme, et võimaldada suuremat liikumisvabadust, mis mahutab üha keerukamaid rakendusi. Riistvarakontseptsioonid võivad märkimisväärselt erineda, olenevalt konkreetsetest liikumisulatusest, käe disainist, andurite tundlikkusest ja muudest teguritest.4 Humanoidne robotkeha koosneb peamiselt täiturmehhanismidest koos tugisüsteemidega, nagu andurid, akupaketid, konstruktsioonikomponendid ja jahutussüsteemid. Järgmine osa annab lõpuview nõuetest, mida humanoidroboti mootor peab inimsarnase liikumise võimaldamiseks vastama.4
RoboDrive tehnoloogia päritolu on Saksa lennunduskeskuse (DLR) robootika ja mehhatroonika instituudis. Tänu suurele õõnesvõllile ja raamita kergele disainile sobivad need mootorid ideaalselt robotajami moodulitele.
Humanoidsed roboti liigesed
Humanoidrobotite liigeste mootorite valimise tegurid
Inimesele sarnaseid liigutusi saab juhtida elektriliste, hüdrauliliste või pneumaatiliste ajamisüsteemide abil. Praegu on valdav praktika spetsiifiliste ajamite kasutamine, mis koosnevad käigukastist, pöördemomendi mootorist, koodrist ja mootori kontrollerist. Pöördemomendiga mootorid on kõrge poolusega elektrimootorid, mis annavad suure pöördemomendi suhteliselt madalatel pöörlemiskiirustel.
Järgnevalt kirjeldatakse süsteeminõudeid, mis on humanoidroboti mootorivaliku jaoks üliolulised.
Täpsus
Selleks, et robot saaks teha kontrollitud, sujuvaid ja mitmekülgseid liigutusi, on mootori täpsus kriitilise tähtsusega. Mida täpsem on sõit, seda otsesem on seos roboti liikumise ja selle "visuaalse protsessi" vahel, mis hõlmab andureid ja kaameratehnoloogiat. Iga liigend on määratletud kolmemõõtmeliste vektoritega ja maksimaalse täpsuse saavutamiseks on oluline, et mootorid – eriti kui need on kombineeritud mitme liigendi vahel – saavutaksid järjekindlalt “õige” asendi. Isegi väiksemad kõrvalekalded üksikutes liigestes, nagu puusa-, põlve- ja pahkluu liigesed, võivad koguneda, põhjustades olulisi kõrvalekaldeid. Elektrimootori täpsus suureneb koos niinimetatud pooluste paaride arvuga, mis on mootori käitumist mõjutav võtmetegur, kuna see mõjutab otseselt juhtimist, positsioneerimist ja reguleerimist. Raamita servomootorite projekteerimisel paneb TQ-Group suurt rõhku suure pooluste paaride arvu saavutamisele. Ka TQ klient PAL Robotics mõistab, et täpsus on humanoidroboti ärilise edu jaoks otsustav tegur.
Elektrimootori täpsus suureneb pooluste paaride arvuga.
"TQ elektrimootorid pakuvad väga täpset asendi ja pöördemomendi juhtimist paljudes tingimustes, alates madalast kiirusest ja suurest pöördemomendist kuni suure kiiruse ja väikese pöördemomendini. See on humanoidrobotite loomulike ja sujuvate liikumiste jaoks hädavajalik. See järjepidevus on eriti väärtuslik keskkondades, kus robotid suhtlevad inimestega, suurendades tehnoloogia omaksvõttu.
Tehnoloogiajuht Luca Marchionni, PAL Robotics koos TALOSega. © PAL Robotics
(Vasakult paremale) Robert Vogel ja David Hastings, TQ-Group, koos Jonathan Hurstiga, agilityrobootika pearobotiohvitser 2024. aasta robootika tippkohtumisel
Reageerimisaeg ja dünaamika
- Keskkond, milles inimesed – ja järelikult ka humanoidrobotid – liiguvad, on muutlik ja pidevas muutumises. Mootorid peavad suutma reageerida ja kiiresti kohaneda mis tahes keskkonnamuutustega (nt kui robot satub ootamatusse auku või puutub kokku nihkuva pinnaga). Selleks, et humanoidrobot reageeriks muutustele paindlikult ja kiiresti, vajab see erakordset dünaamilist juhtimist, täpset juhitavust ja kiireid reageerimisaegu. Elektrimootori dünaamika viitab selle võimele reageerida kiiresti ja täpselt koormuse või juhtimissisendi muutustele. See dünaamiline võime on põhiliselt see, kui hästi suudab mootor oma kiirust, asendit või pöördemomenti erinevates tingimustes reguleerida. Roboti stabiilsuse säilitamine liikumise ajal, nagu kõndimine, jooksmine või keeruliste ülesannete sooritamine, nõuab dünaamilist tasakaalu. See hõlmab täiustatud juhtimisstrateegiaid, et kohaneda kiiresti muutuvate tingimustega. Humanoidrobotite tootja Agility Robotics demonstreerib videos, kui kriitilised on liigendatud jalad humanoidide funktsionaalsuse jaoks erinevates keskkondades.
- Kuidas saavutab elektriline ajam nii kõrge reaktsiooniaja ja dünaamika? Reaalajas reageerimiseks on lühiajaliselt vaja väga suurt pöördemomenti, näiteks jalaliigutuse reguleerimisel, et kohanduda ootamatult tekkinud auguga maapinnas. Seda pöördemomenti suurendatakse peagi mitu korda, seda võimet nimetatakse servomootori ülekoormusvõimeks või tipppöördemomendiks – st maksimaalseks pöördemomendiks, mida mootor suudab lühikese aja jooksul tekitada. TQ-mootorite maksimaalne pöördemoment on ligikaudu kolm korda suurem kui nende nimimoment või pidev pöördemoment, mis püsib pikka aega. Täpsemalt, TQ-mootorid saavutavad tipppöördemomendi kahekohalises New-ton-meter (Nm) vahemikus, pakkudes tööstusharu juhtivat ülekoormusvõimet.
Tänu ainulaadsele mähistehnoloogiale saavutavad TQ mootorid väga madalad vasekadud.
Tõhusus ja energiatarve
Tõhusus – täpsemalt võimsuskadu kogu aku tööea jooksul – määrab, kui kaua akutoitel humanoidrobot võib töötada. Kõrge efektiivsus, mis saavutatakse väikeste vasekadude kaudu, pikendab otseselt aku eluiga. Vase kaod viitavad mootori mähiste elektritakistusest põhjustatud energiakadudele, mis hajuvad soojusena ja on elektrimasinate üks peamisi energiakao allikaid. Suure võimsuskaoga mootorid tarbivad rohkem elektrit, mis vähendab aku kasutusiga ja seega piirab tööaega. See tähendab, et mobiilsete akutoitel humanoidrobotite puhul on tõhusus palju kriitilisem tegur kui toiteallikaga ühendatud koostöörobotite (kobotite) puhul. Praktilistes rakendustes, näiteks tööstuses, tervishoius või jaemüügis, on kõrge efektiivsus humanoidrobotite pidevaks tööks hädavajalik. TQ pöördemomendiga mootorid saavutavad kasutegur 90 protsenti või rohkem ja eriti madalad vasekadud, mida mõõdetakse vattides. Need väärtused on andmelehtedel tavaliselt määratletud kui tõhusus või vasekadud toatemperatuuril.
Pöördemomendi tihedus ja kompaktsus
Elektrimootori pöördemomendi tihedus näitab, kui palju pöördemomenti mootor suudab tekitada mahu- või kaaluühiku kohta. Pöördemomendi tihedus on mootori jõudluse ja kompaktsuse jaoks ülioluline tegur, eriti oluline rakendustes, kus kaal on kriitiline – näiteks robootikas. Humanoidroboti kogumassi määrab suuresti selle liigeste kaal. Mida kergemad on mootorid nendes liigendites, seda väiksem on kogukaal, mis mõjutab positiivselt aku kasutusiga, kandevõimet ja dünaamikat. Tööstuses nimetatakse seda kaalutegurit sageli "lihaseks".
- TQ-mootorid on erakordselt kerged ja suure võimsusega, võimaldades robootikatootjatel oluliselt vähendada kaalu ja paigaldusruumi, säilitades samal ajal ühtlase jõudluse.
Lisakaal on halbtage humanoidrobotile, kuna lahjem disain suurendab dünaamilisust, kiirust ja eriti võimet kanda raskemaid koormusi. TQ klient PAL Robotics viitab sellele kaalueeliseletage kui TQ sisemise rootori mootorite (ILM) valimise peamine põhjus.
- „Valisime ILM-mootorid, kuna need pakuvad võrreldamatut pöördemomendi ja kaalu suhet. TQ mootoritel on turul kõrgeim vasest täiteaste. Füüsiliselt on võimatu igasse mootori suurusse rohkem vaske mahutada. Luca Marchionni, tehnoloogiajuht, PAL Robotics
2004. aastal asutatud Hispaania robootikaettevõtte CTO Luca Marchionni selgitab: „Valisime ILM-mootorid, kuna need pakuvad võrreldamatut pöördemomendi ja kaalu suhet. Saadaval olevad mootori suurused ja konfiguratsioonid sobisid ideaalselt nõuetele, millega me erinevate robotliigendite projekteerimisel silmitsi seisime, alates pahkluust kuni kaelani. […] TQ raamita servokomplektid võimaldavad meil minimeerida mehhatroonilist integratsiooni, kuna üks meie peamisi eesmärke on hoida meie robotite maht ja kaal võimalikult madalal. Täiendav advantagÜks neist mootoritest on nende suur õõnesvõll, mis on ülioluline kaablite sisemisel marsruutimisel ja puhta roboti disaini saavutamiseks. TQ-mootorid paistavad teiste mootoritega võrreldes silma erakordse pöördemomenditiheduse poolest, mis tähendab, et nad suudavad sama suuruse juures anda kaks korda suurema pöördemomendi või saavutada poole väiksema pöördemomendi. TQ saavutab selle ainulaadse mähistehnoloogia abil, mis maksimeerib vase täitetegurit võrreldes tavapäraselt keritud elektrimootoritega. Praegu on TQ turul ainuke mootoriarendaja, kes tänu spetsiaalsetele tootmisprotsessidele kasutab täielikult ära vasktäidise füüsilisi piire: igasse mootorisuurusse on füüsiliselt võimatu vaske lisada. See annab TQ mootoritele turul kõrgeima vasest täiteteguri.
Koos DLR-iga õnnestus TQ-l välja töötada uus mootoritehnoloogia, millel on kaalu ja mahu suhtes suurim võimsustihedus ja pöördemoment.
Ajamisüsteemi kompaktne disain võimaldab tõhusalt ruumikasutada ja kaalu vähendada, langetades roboti raskuskeset ja suurendades stabiilsust. NäiteksampLe, tihedalt asustatud linnapiirkonnas elavas laos või koosteliinil võimaldab kompaktne disain robotil tõhusalt liikuda kitsastes kohtades ja säilitada tasakaalu manööverdamisel läbi rahvarohkete alade.
TQ mootoritel on turul kõrgeim vasest täiteaste. Iga mootori suuruse piires on füüsiliselt võimatu lisada rohkem vaske.
Tugevus ja töökindlus
Mootorite vastupidavus ja töökindlus on samuti üliolulised tegurid humanoidrobootika rakendustes. Eriti katsefaasis on robotid sagedastele kukkumistele altid. Tugev hooldusvaba konstruktsioon tagab, et liigendid jäävad terve õppimiskõvera vältel terveks ja töökorras. Mootorid seisavad silmitsi suurimate väljakutsetega kosmoses, kus nad peavad töökindlalt töötama temperatuurikõikumiste korral -40 °C kuni +125 °C (-40 °F kuni +257 °F). ISS-il (International Space Station) kasutati ROKVISSi roboti käes TQ ILM-E mootorit, mis täitis täpseid ülesandeid nullgravitatsioonis – järjekindlalt ja suure jõudlusega viie aasta ja sadade testide jooksul.
TQ-mootoreid kasutati robotkäes ROKVISS, mis viis rahvusvahelises kosmosejaamas (ISS) mitme aasta jooksul läbi umbes 500 edukat testi. Tööstusliku rakenduse stsenaariumides, näiteks tootmis- või laokeskkonnas, võib raskete koormate tõstmise ülesandeks olev humanoidrobot aeg-ajalt esemeid maha visata või äkilisi lööke saada. Roboti liigeste vastupidavus kaitseb kahjustuste eest, tagades pideva ja usaldusväärse töö ka keerulistes tingimustes.
Humanoidrobotite tootmine
Muud olulised tegurid humanoidrobotite edukaks tootmiseks
Seeriatootmine ja mootorite integreerimine disainis
Arvestades humanoidrobootika prognoositavat märkimisväärset turupotentsiaali, on kergesti rakendatav mootorite integreerimine kohandatud disainidesse ülioluline tegur robotitootjate jaoks, kes soovivad prototüübilt seeriatootmisele edukalt üle minna. „TQ-ga oleme leidnud suurepärase partneri kvaliteedi ja toe osas. TQ tehniline meeskond aitab meid mootorikomplektide ja -seadmete valimiselviewdisaini, tagades optimaalse integratsiooni mehaaniliste osade ja mootorikomplekti komponentide vahel,” ütleb Marchionni ettevõttest PAL Robotics.
- TQ on midagi enamat kui lihtsalt mootoritarnija: TQ integreerib oma mootorid sageli otse klientide jaoks kohandatud korpustesse. See tähendab, et TQ ei paku mitte ainult mootoreid ja terviklikke arendusprojekte tervetele mootorireduktoritele, vaid on spetsialiseerunud ka oma mootorite integreerimisele kliendispetsiifilistesse korpustesse.
- USA silmapaistva humanoidrobotite tootja jaoks kohandab TQ mootoreid spetsiaalse juhtmestikuga, lihtsustades integreerimist ja ühendamist jõuelektroonikaga. Siin on hindamatuks väärtuseks TQ laialdased teadmised enam kui 30 aasta pikkusest elektroonikaarendusest.
TQ toetab kliente alates mootorivarustusest ja korpuse integreerimisest kuni terviklike mootorülekandeseadmete väljatöötamiseni – kõik ühest allikast.
Standardmootorid või kohandatud lahendused?
Robootikatootjad seisavad sageli silmitsi otsusega valida mootoritarnija, kes pakub standardseid komponente, või valida kohandatud lahendus. TQ-s saavad kliendid valida standardsete suuruste hulgast, mida me vajadusel kohandame konkreetsete rakenduste jaoks. AdvantagTQ raamita servokomplektid on nende paindlikkus läbimõõdu ja virna pikkuse osas, mis võimaldab kohandada jõudlust ja mõõtmeid rakenduse jaoks. Eriti üle saja ühiku aastas tootmismahtude puhul võib parim valik olla kohandatud lahendus, mis annab täieliku kontrolli disaini, materjalide ja tootmisprotsessi üle.
TQ on üks väheseid pakkujaid Saksamaal, kes suudab industrialiseerida terviklikke roboteid, mida ta on juba edukalt näidanud.
Riistvara on kõva
Ütlus "Riistvara on kõva" kehtib tabavalt robotliidete ja nende vajalike komponentide arendamise ja tootmise kohta. Mõnede humanoidrobootikatootjate põhipädevused ja ajalugu on seotud tehisintellekti ja tarkvaraga, samas kui robotite industrialiseerimise ja mehhatroonika arendamise alased teadmised on vähem levinud. Lisaks alahinnatakse sageli selliste süsteemide nagu robotliigeste arendamise ja tootmise keerukust.
Selles kontekstis võib olla mõttekas tugineda oma valdkonna tehnoloogialiidritele. Muu hulgas arendab TQ mobiilsete rakenduste jaoks terviklikke mootorülekandeid.
- Robootika ajamimoodulite tootja ja Innovationspreis Bayern 2024 võitja Sensodrive aitab meditsiinirobotite arendamisel oluliselt vähendada turuletuleku aega.
- Täielikud ajamisüsteemid võivad säästa väärtuslikku aega ka praeguses võidujooksus, et luua esimene masstoodanguna toodetud humanoidrobot.
Sensodrive toodab sertifitseeritud terviklikke ajamisüsteeme, mis sisaldavad TQ raamita mootoreid. © Sensodrive
Autori kohta
Robert Vogel on müügi- ja äriarendusjuht TQ-Ro-boDrive divisjonis, mis arendab ja toodab nõudlike rakenduste jaoks kohandatud ajamisüsteeme. Tööstusinseneril Robert Vogelil on üle 20-aastane kogemus automatiseerimis- ja robootikatööstuses.
TQ asukoht Inning am Ammersee's
Tehnoloogiaettevõte TQ-Group pakub täielikku valikut teenuseid alates arendusest, tootmisest ja teenindusest kuni toote elutsükli juhtimiseni. Need teenused hõlmavad kooste, seadmeid ja süsteeme, sealhulgas riistvara, tarkvara ja mehaanikat. TQ pakub teenuseid, mis on kohandatud nende konkreetsetele vajadustele. Standardtooted, nagu kasutusvalmis mikrokontrolleri moodulid, ajamid ja automaatikalahendused, täiustavad veelgi teenusepakkumist.
TQ-Group annab tööd umbes 2,000 inimesele oma asukohtades Dellingis, Seefeldis, Inningis, Murnaus, Peissenbergis, Peitingis, Durachis Allgäus, Wetter an der Ruhris, Chemnitzis, Leipzigis, Fontainesis (Šveits), Shanghais (Hiina) ja Chesapeake'is (USA).
KONTAKTANDMED
- Teie kontakt TQ-ga
- Kas soovite rohkem teada saada, kuidas TQ saab teid raamita pöördemomendiga mootoritega toetada?
- robert.vogel@tq-group.com
- +49 176 10930915
- tq-robodrive.com
LISATEAVE
Viited:
- www.horvath-partners.com/de/media-center/studien/humanoide-roboter-inoperations
- www.goldmansachs.com/intelligence/pages/the-global-market-for-robots-could-reach-38-billion-by-2035.html
- www.horvath-partners.com/de/media-center/studien/humanoide-roboter-inoperations
- Morgan Stanley & Co. LLC: Humanoids: Investment Impplications of Embodied AI (26. juuni 2024)
© TQ-Systems GmbH 2024 | Kõik andmed on ainult teavitamise eesmärgil | Etteteatamiseta võidakse muuta | DRVA_Whitepaper_RoboDrive_Frameless_EN_Rev0102
Dokumendid / Ressursid
 |
TQ VALGE PABER Humanoidrobotid [pdfKasutusjuhend VALGE PABER Humanoidrobotid, VALGE PABER, humanoidrobotid, robotid |
