İnsansı Robotlar Çekirdeksiz Motor Uygulamaları İçin Neden Yeni Bir Mavi Okyanus Açıyor?

 

Genel amaçlı robotların seçkin temsilcileri ve "bedenleşmiş zekanın" ideal taşıyıcıları olan insansı robotlar, bir yandan genel yapay zekanın hızlı gelişiminden yararlanırken, diğer yandan yapay zeka ile gerçek dünya arasında köprü görevi görüyor. "bedenleşmiş zeka", yavaş yavaş yeni nesil genel yapay zeka için terminal platformuna dönüşüyor. Robot görevlerinde yapay zeka büyük modelleri, doğal dil komutlarını analiz ederek karmaşık talimatları robotlar için yürütülebilir adımlara dönüştürerek akıl yürütme ve karar vermede önemli roller üstleniyor. Dahası, çok modlu yapay zeka büyük modellerinin eklenmesi, akıl yürütme ve karar vermenin doğruluğunu ve verimliliğini önemli ölçüde artırarak insansı robotların genelleştirmeye doğru ilerlemesi için önemli destek sağlar.

 

 

Robotik endüstrisinin hızlı gelişimi, temel bileşen teknolojilerindeki yeniliklere ve bunların tedarikindeki istikrara bağlıdır. İnsansı robotlarda redüktör, servo sistem ve kontrolör üç temel bileşen olarak kabul ediliyor ve toplam maliyetin %70'inden fazlasını oluşturuyor. Ayrıca temel bir bileşen olarak motorun değeri de göz ardı edilemez. Optimus gibi insansı robotlarda motor maliyeti, toplam bileşen değerinin yaklaşık %25'ini oluşturur.

 

İnsansı robotların küresel sevkıyat hacminin önümüzdeki on yılda 5 milyon adede ulaşacağını varsayarsak, çekirdeksiz motorlara (demir çekirdeksiz) olan talep bu dönemde büyük bir pazar büyümesi görecek. Birim fiyatlara göre çekirdeksiz motorlara yönelik pazar artışının 350 milyar RMB'ye ulaşması beklenirken, çekirdeksiz motorlara yönelik artan pazarın 78 milyar RMB'yi aşması bekleniyor. Bu ikisi birlikte 428 milyar RMB'lik geniş bir pazar alanı oluşturacak.

 

 

Sabit çalışma ortamlarında kullanılan endüstriyel robotlardan farklı olarak insansı robotlar öncelikle insanın günlük yaşam senaryolarına hizmet eder. Bu robotların yalnızca algılama, karar verme ve eylem yeteneklerine değil, aynı zamanda çevre ve kullanıcılarla daha doğal bir şekilde etkileşime girebilmek için insan davranış kalıplarını simüle etmeleri de gerekiyor. Bu nedenle, eklem aktüatörlerinin temel bileşenleri olan motorlar, robotun esnekliğini, hassasiyetini ve stabilitesini doğrudan etkiler.

 

Çeşitli tahrik teknolojileri arasında elektrikli motor tahriki, hidrolik tahrike göre önemli avantajlar sergiler. Elektrikli motor tahrik çözümü, doğru kontrolü sağlamak için yüksek hassasiyetli kodlayıcılar aracılığıyla hareket durumunun gerçek zamanlı geri bildirimini sağlayan olgun hareket kontrol teknolojisinden yararlanır. Aynı zamanda elektrik motorlu tahrik sistemlerinin maliyeti hidrolik sistemlere göre daha düşük olup daha az bakım gerektirir. Bu uygun maliyetli özellik, elektrikli motor sürücüsünü insansı robot geliştirmede ana seçeneklerden biri haline getiriyor.

 

Bunlar arasında hafiflikleri, yüksek verimlilikleri ve düşük atalet özellikleriyle çekirdeksiz motorlar, insansı robot performansının iyileştirilmesinde temel bileşenler haline geldi.Çekirdeksiz motorlar, küçük hacimlerde daha fazla güç yoğunluğu ve daha yüksek tepki hızları sunarak robotların çok serbestlik dereceli eklem kontrolünde üstün performans sergilemesine olanak tanıyor. Ayrıca çekirdeksiz motorlar daha düşük enerji tüketimine sahip olduğundan robotların daha uzun pil ömrü elde etmesine yardımcı olur.

 

1.1 Günlük Hayata Entegre Edilen, Milli Teknolojik Gücü Ortaya Koyan İnsansı Robotlar

İnsansı robotlar, çeşitli karmaşık görevlere yardımcı olma yeteneğine sahip, günlük insan yaşamında giderek güvenilir yardımcılar haline geldi. Genellikle sabit ortamlarda çalışan endüstriyel robotların aksine insansı robotlar, insanların günlük çevrelerine entegre olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu robotlar, algılama, karar verme, eylem gibi temel yeteneklerin yanı sıra insana benzer hareket özellikleri ve dost canlısı görünüm tasarımlarına sahip olmaları, onları insanlar tarafından daha kolay kabul edilebilir hale getiriyor ve aşinalık hissi yaratıyor. İnsansı robotlar, farklı ortamlara esnek bir şekilde uyum sağlayarak ev, hizmetler ve sağlık hizmetleri gibi alanlarda muazzam uygulama potansiyeli göstermektedir.

 

Gelişmiş akıllı cihazlar olan insansı robotlar, ulusal teknolojik gücün sembolü olarak kabul ediliyor. Bunların geliştirilmesi, makine mühendisliği, elektrik mühendisliği, malzeme bilimi, algılama teknolojisi, kontrol sistemleri ve yapay zeka dahil olmak üzere birçok disiplindeki teknolojik engellerin aşılmasını gerektirir. İnsan benzeri görünüm özellikleri, iki ayak üzerinde yürüme yetenekleri ve son derece koordineli hareket kontrol teknolojileriyle insansı robotlar, fiziksel görevleri yerine getirebilir ve insanlarla dil veya yüz ifadeleri aracılığıyla iletişim kurabilir. Geleneksel robotlarla karşılaştırıldığında insansı robotlar, insan-makine etkileşimi, çevreye uyum ve görev çok yönlülüğü konularında önemli avantajlar sergiliyor.

 

 

1.2 İnsansı Robotların Gelişimi: Konseptten Endüstrileşmeye

Robot kavramı bir yüzyılı aşkın bir süredir varlığını sürdürüyor ve insansı robotlarla ilgili araştırmalar {0}. yüzyılın ortalarında başladı; laboratuvar prototiplerinden sanayileşmenin ilk aşamalarına kadar uzun bir gelişim süreci yaşandı. "Robot" teriminin ilk kullanımı Çek yazar Karel Čapek'in insanlığa hizmet eden makine köleleri anlamına gelen RUR (Rossum'un Evrensel Robotları) adlı oyunundan gelmektedir. Endüstriyel robotların seri üretimi, 1960'lı yıllarda Amerikan şirketi Unimation'un ticari endüstriyel robotlar çağını açan "UNIMATE" robot koluyla başladı.

 

İnsansı robotların araştırılması ve geliştirilmesi Japonya'da başladı ve yavaş yavaş sistemleştirme ve yüksek dinamik aşamalarına girdi:

 

Erken Keşif Aşaması (1970'ler civarında): 1973 yılında, Japonya'daki Waseda Üniversitesi'nden Profesör Ichiro Kato, dünyanın ilk insansı robotu WABOT-1'u geliştirdi ve onun WL-5 iki ayaklı yürüme mekanizması, insansı robotun temelini attı robotlar.

 

Teknoloji Entegrasyon Aşaması (1980'ler-1990ler): 1986'da Honda, insansı robot ASIMO üzerinde araştırmalara başladı ve 2000 yılında, insansı robotların son derece entegre bir teknolojik aşamaya girişine işaret eden birinci nesil ASIMO modeli piyasaya sürüldü.

 

Dinamik Performansta Çığır Açan Aşama (2000-2020): 2016 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nden Boston Dynamics, güçlü dengeleme yeteneği ve engelleri aşma performansıyla dinamik hareket ve görev yürütmede yeni boyutlara ulaşan iki ayaklı robot Atlas'ı piyasaya sürdü. tehlikeli ortamlar.

 

Erken Sanayileşme Aşaması (2020-şu an): 2022'de Tesla, Tesla Yapay Zeka Günü'nde yüksek düzeyde entegre yapay zeka ve motor tahrik teknolojisini sergileyen insansı robot prototipi Optimus'u piyasaya sürdü. Optimus'un 2023 versiyonu, nesne sınıflandırma ve hassas dengeleme yeteneğine sahip olup, insansı robotların yavaş yavaş pratik uygulamaya doğru ilerlediğinin sinyalini veriyor.

 

1.3 İnsansı Robotlar ve Motor Teknolojisinin Derin Entegrasyonu

İnsansı robotların sürekli gelişimi, motor teknolojisinin desteğinden ayrılamaz. Robot eklem tahriklerinin temel bileşeni olan motorlar, robotun yalnızca hareket performansını belirlemekle kalmaz, aynı zamanda esnekliğini ve dayanıklılığını da etkiler. Yüksek hassasiyeti, düşük enerji tüketimi ve güvenilirliği ile motor sürücüleri giderek insansı robotlar için en yaygın kullanılan güç çözümü haline geldi. Bu arada hafiflik, yüksek verimlilik ve düşük atalet gibi avantajlara sahip çekirdeksiz motorlar, insansı robotların hızlı gelişimi için çok önemli teknolojik destek sağlıyor.

 

Gelecekte, teknolojideki daha fazla atılımla birlikte insansı robotlar çeşitli yaşam senaryolarında daha yaygın şekilde kullanılacak ve küresel ekonomik ve sosyal kalkınmaya yeni bir canlılık kazandıracak. Bu, motor pazarını, özellikle de çekirdeksiz motor pazarını yeni ve merakla beklenen bir mavi okyanus haline getiriyor.

 

1.4 İnsansı Robot Yapısı: Temel Bileşenlerin Analizi

İnsansı robotların temel yapısı üç ana modüle ayrılabilir: aktüatörler, kontrolörler ve sensörler. Motorlar, redüktörler ve sensörler gibi ana bileşenler robotun performansını belirler. Aşağıda bu bileşenlerin ayrıntılı bir analizi bulunmaktadır:

 

1.4.1 Motorlu

Motor, diğerlerinin yanı sıra servo motorlar, step motorlar, tork motorları ve küresel motorlar dahil olmak üzere insansı robot hareket uygulamasının özüdür. Bunlar arasında tork motorları, orta ve düşük hızlarda yüksek tork sağlama yeteneklerinden dolayı düşük hız, yüksek tork talepleri olan insansı robot eklemleri için ideal olarak değerlendirilmektedir. Ancak araştırma ve üretim zorlukları nispeten yüksektir ve teknolojik darboğazlarda atılım yapılmasını gerektirir.

 

1.4.2 Redüktör

Harmonik redüktörler, kompakt yapıları, yüksek iletim oranları ve üstün hassasiyetleriyle yaygın olarak tanınmaktadır ve bu da onları robot bağlantı bileşenleri için ortak bir seçim haline getirmektedir. Ancak dayanıklılıkları ve kullanım ömürleri hala geliştirilmeye açıktır.

 

1.4.3 Sensör

Sensörler, özellikle de eklem tasarımının önemli bir parçası olan tork sensörleri, robotlarda kritik bir rol oynar. Bu sensörler, motorlar ve redüktörlerle birlikte bağlantı düzeneğini oluşturur ve hassas hareket kontrolü ve kuvvet geri bildirimi sağlar.

 

1.4.4 Üst Ekstremite Sürüş Yöntemi

Üst uzuvlarda çoğunlukla bilyaların ileri geri hareketini vidanın doğrusal hareketine dönüştüren bilyalı vida tasarımları kullanılır. Kayışlı veya zincirli tahriklerle karşılaştırıldığında bilyalı vidalar daha az sürtünmeye, daha düşük işletme ve bakım maliyetlerine ve daha yüksek hassasiyete sahiptir.

 

1.4.5 Alt Ekstremite Sürüş Yöntemi

Dış kuvvet darbesine karşı dirençleri ve uzun hizmet ömrüyle bilinen planet makaralı vidalar, özellikle karmaşık yürüyüş kontrolü ihtiyaçlarının karşılanması için uygun olan alt ekstremite tahrikleri için ana tercih haline geldi.

 

1.4.6 El Eklemi

El eklemlerinde genellikle çekirdeksiz motorlar kullanılır. Bu motorlar basit bir tasarıma sahiptir, hafiftir ve parmak hareketi için ideal tahrik bileşenleri olup daha hassas kontrol sağlar.

 

Ek olarak, doğrusal ve döner bağlantılara yönelik rulman seçenekleri arasında açısal temaslı rulmanlar, çapraz makaralı rulmanlar ve sabit bilyalı rulmanlar yer alır. Bu bileşenler birlikte robotun hafifliğini, hassasiyetini ve güvenilirliğini sağlar.

 

 

Motor Sürücüsünün Akıllı Avantajları

Hidrolik sürücülerle karşılaştırıldığında motor sürücüleri, hareket kontrolünde özellikle olağanüstü akıllı performans sergiler. Örneğin Tesla'nın insansı robotu, geleneksel hidrolik sistemlerin çok ötesinde akıllı hareket kontrolüyle yüksek tork yoğunluklu servo motor teknolojisini benimsiyor. Bu tasarım, kontrol hassasiyetini sağlamak için yalnızca hareket durumunun gerçek zamanlı geri bildirimine izin vermekle kalmaz, aynı zamanda maliyetleri nispeten düşük tutarak onu büyük ölçekli uygulamalar için uygun hale getirir.

 

Servo Motorlar için Performans Gereksinimleri

Robot aktüatörlerin temeli olan servo motorların aşağıdaki performans gereksinimlerini karşılaması gerekir:

• Hızlı Yanıt Verme: Servo motorların yüksek dinamik ortamlara uyum sağlamak için hızlı bir şekilde çalışıp durması gerekir.
• Yüksek Başlangıç ​​Torku-Atalet Oranı: Servo motorlar, düşük dönme ataletini korurken yüksek başlangıç ​​torku sağlamalıdır.
• Sürekli Kontrol ve Doğrusal Özellikler: Hassas yürütmeyi sağlamak için motor hızının kontrol sinyalindeki değişikliklerle sürekli olarak ayarlanması gerekir.
• Kompakt Tasarım: Servo motorlar, robotun kompakt mekansal düzenine uyacak şekilde küçük boyutlu ve hafif olmalıdır.
• Dayanıklılık ve Aşırı Yük Yeteneği: Servo motorlar sık ​​ileri ve geri dönüşlere ve hızlanma/yavaşlama işlemlerine dayanmalı ve kısa süreler için nominal yükün birkaç katını taşımalıdır.

Bu özellikler, robotik alanında servo motorları vazgeçilmez kılmakta ve robotlarda daha yüksek zeka ve kararlılığın temelini oluşturmaktadır.

 

Okumaya devam edin: Robot hareketinin kalbi - motorların hassasiyetteki belirleyici rolü - Bölüm 2