Pourquoi les robots humanoïdes ouvrent un nouvel océan bleu pour les applications de moteurs sans noyau

 

Les robots humanoïdes, en tant que représentants exceptionnels des robots polyvalents et porteurs idéaux de « l'intelligence incarnée », bénéficient d'une part du développement rapide de l'intelligence artificielle générale, et d'autre part, en devenant le pont entre l'IA et le monde réel avec « l'intelligence incorporée », évoluant progressivement vers la plate-forme terminale de la prochaine génération d'intelligence artificielle générale. Dans les tâches robotiques, les grands modèles d'IA jouent un rôle clé dans le raisonnement et la prise de décision, convertissant des instructions complexes en étapes exécutables pour les robots en analysant les commandes en langage naturel. De plus, l'ajout de grands modèles d'IA multimodaux améliore considérablement la précision et l'efficacité du raisonnement et de la prise de décision, fournissant ainsi un soutien important aux robots humanoïdes pour progresser vers la généralisation.

 

 

Le développement rapide de l'industrie de la robotique repose sur les innovations dans les technologies des composants clés et sur la stabilité de leur approvisionnement. Dans les robots humanoïdes, le réducteur, le système d'asservissement et le contrôleur sont considérés comme les trois composants principaux, représentant ensemble plus de 70 % du coût total. De plus, en tant que composant essentiel, la valeur du moteur ne peut être négligée. Dans les robots humanoïdes tels qu'Optimus, le coût du moteur représente environ 25 % de la valeur totale des composants.

 

En supposant que le volume mondial des expéditions de robots humanoïdes atteindra 5 millions d'unités au cours de la prochaine décennie, la demande de moteurs sans noyau (sans noyau de fer) connaîtra une croissance massive du marché au cours de cette période. Sur la base des prix unitaires, la croissance du marché des moteurs sans noyau pourrait atteindre 350 milliards de RMB, tandis que celle des moteurs sans noyau devrait dépasser 78 milliards de RMB. Ensemble, ces deux éléments formeront un vaste espace de marché de 428 milliards de RMB.

 

 

Contrairement aux robots industriels utilisés dans des environnements de travail fixes, les robots humanoïdes servent principalement à des scénarios de la vie quotidienne humaine. Ces robots ont non seulement besoin de capacités de perception, de prise de décision et d'action, mais doivent également simuler des modèles de comportement humain pour interagir avec l'environnement et les utilisateurs de manière plus naturelle. Par conséquent, les moteurs, en tant que composants essentiels des actionneurs articulaires, affectent directement la flexibilité, la précision et la stabilité du robot.

 

Parmi les différentes technologies d'entraînement, l'entraînement par moteur électrique présente des avantages significatifs par rapport à l'entraînement hydraulique. La solution d'entraînement par moteur électrique bénéficie d'une technologie de contrôle de mouvement mature, fournissant un retour d'information en temps réel sur l'état du mouvement via des encodeurs de haute précision pour garantir un contrôle précis. Dans le même temps, le coût des systèmes d'entraînement par moteur électrique est inférieur à celui des systèmes hydrauliques, avec moins d'entretien requis. Cette caractéristique rentable fait de la motorisation électrique l'un des choix courants pour le développement de robots humanoïdes.

 

Parmi eux, les moteurs sans noyau, avec leurs caractéristiques de légèreté, de haut rendement et de faible inertie, sont devenus des éléments clés dans l'amélioration des performances des robots humanoïdes.Les moteurs sans noyau peuvent fournir une plus grande densité de puissance et des vitesses de réponse plus élevées dans de petits volumes, permettant aux robots d'afficher des performances supérieures dans le contrôle conjoint à plusieurs degrés de liberté. De plus, les moteurs sans noyau consomment moins d'énergie, ce qui aide les robots à prolonger la durée de vie de leur batterie.

 

1.1 Robots humanoïdes intégrés dans la vie quotidienne, démontrant la force technologique nationale

Les robots humanoïdes sont progressivement devenus des assistants fiables dans la vie humaine quotidienne, capables de contribuer à diverses tâches complexes. Contrairement aux robots industriels, qui travaillent généralement dans des environnements fixes, les robots humanoïdes sont conçus pour s'intégrer dans l'environnement quotidien des humains. Ces robots possèdent non seulement des capacités de base telles que la perception, la prise de décision et les actions, mais ont également des caractéristiques de mouvement semblables à celles des humains et une apparence conviviale, ce qui les rend plus facilement acceptés par les humains et crée un sentiment de familiarité. En s'adaptant de manière flexible à différents environnements, les robots humanoïdes présentent un énorme potentiel d'application dans des domaines tels que la maison, les services et les soins de santé.

 

En tant que dispositifs intelligents avancés, les robots humanoïdes sont considérés comme des symboles de la force technologique nationale. Leur développement nécessite de surmonter les barrières technologiques dans plusieurs disciplines, notamment le génie mécanique, le génie électrique, la science des matériaux, la technologie de détection, les systèmes de contrôle et l'intelligence artificielle. Avec des caractéristiques d'apparence humaine, des capacités de marche bipède et des technologies de contrôle de mouvement hautement coordonnées, les robots humanoïdes peuvent effectuer des tâches physiques et communiquer avec les humains par le biais du langage ou des expressions faciales. Par rapport aux robots traditionnels, les robots humanoïdes présentent des avantages significatifs en termes d'interaction homme-machine, d'adaptation à l'environnement et de polyvalence des tâches.

 

 

1.2 Le développement des robots humanoïdes : du concept à l'industrialisation

Le concept de robot existe depuis plus d'un siècle et la recherche sur les robots humanoïdes a commencé au milieu du -20e siècle, faisant l'objet d'un long processus de développement depuis les prototypes de laboratoire jusqu'aux premiers stades de l'industrialisation. La première utilisation du terme « robot » vient de la pièce de théâtre RUR (Rossum's Universal Robots) de l'écrivain tchèque Karel Čapek, qui signifie des machines esclaves au service de l'humanité. La production de masse de robots industriels a débuté dans les années 1960, avec le bras robotique « UNIMATE » lancé par la société américaine Unimation, qui a ouvert l'ère des robots industriels commerciaux.

 

La recherche et le développement de robots humanoïdes ont commencé au Japon et sont progressivement entrés dans les étapes de systématisation et de haute dynamique :

 

Première étape d'exploration (vers les années 1970) : En 1973, le professeur Ichiro Kato de l'Université Waseda au Japon a développé le premier robot humanoïde au monde, WABOT-1, et son mécanisme de marche bipède WL-5 a jeté les bases de l'humanoïde. des robots.

 

Étape d'intégration technologique (années 1980-1990) : en 1986, Honda a lancé des recherches sur le robot humanoïde ASIMO, et en 2000, le modèle ASIMO de première génération a été lancé, marquant l'entrée des robots humanoïdes dans une étape technologique hautement intégrée.

 

Dynamic Performance Breakthrough Stage (2000-2020) : en 2016, Boston Dynamics aux États-Unis a lancé le robot bipède Atlas, qui, grâce à sa puissante capacité d'équilibrage et ses performances de franchissement d'obstacles, a atteint de nouveaux sommets en matière de mouvement dynamique et d'exécution de tâches dans environnements dangereux.

 

Première étape d'industrialisation (2020-actuelle) : en 2022, Tesla a lancé le prototype de robot humanoïde Optimus, présentant une intelligence artificielle et une technologie d'entraînement moteur hautement intégrées lors du Tesla AI Day. La version 2023 d'Optimus est capable de classer des objets et d'un équilibrage précis, signalant que les robots humanoïdes évoluent progressivement vers des applications pratiques.

 

1.3 Intégration approfondie des robots humanoïdes et de la technologie des moteurs

L'évolution continue des robots humanoïdes est indissociable du support de la technologie motrice. En tant que composant central des entraînements des articulations des robots, les moteurs déterminent non seulement les performances de mouvement du robot, mais affectent également sa flexibilité et sa durabilité. Grâce à leur haute précision, leur faible consommation d'énergie et leur fiabilité, les entraînements motorisés sont progressivement devenus la solution d'alimentation la plus couramment utilisée pour les robots humanoïdes. Parallèlement, les moteurs sans noyau, offrant des avantages tels que la légèreté, le rendement élevé et la faible inertie, fournissent un soutien technologique crucial au développement rapide des robots humanoïdes.

 

À l'avenir, avec de nouvelles avancées technologiques, les robots humanoïdes seront plus largement utilisés dans divers scénarios de vie, injectant une nouvelle vitalité dans le développement économique et social mondial. Cela fait du marché automobile, en particulier du marché des moteurs sans noyau, un nouvel océan bleu très attendu.

 

1.4 Structure du robot humanoïde : analyse des composants clés

La structure clé des robots humanoïdes peut être divisée en trois modules principaux : les actionneurs, les contrôleurs et les capteurs. Les principaux composants tels que les moteurs, les réducteurs et les capteurs déterminent les performances du robot. Vous trouverez ci-dessous une analyse détaillée de ces composants :

 

1.4.1 Moteur

Le moteur est au cœur de l'exécution des mouvements du robot humanoïde, notamment les servomoteurs, les moteurs pas à pas, les moteurs couple et les moteurs sphériques. Parmi eux, les moteurs couple sont considérés comme idéaux pour les articulations de robots humanoïdes ayant des exigences de couple élevé et à faible vitesse en raison de leur capacité à fournir un couple élevé à des vitesses moyennes et faibles. Cependant, leurs difficultés de recherche et de production sont relativement élevées, ce qui nécessite de résoudre les goulots d'étranglement technologiques.

 

1.4.2 Réducteur

Les réducteurs d'harmoniques sont largement reconnus pour leur structure compacte, leur rapport de transmission élevé et leur précision supérieure, ce qui en fait un choix courant pour les composants de joints de robots. Cependant, leur durabilité et leur durée de vie peuvent encore être améliorées.

 

1.4.3 Capteur

Les capteurs jouent un rôle essentiel dans les robots, en particulier les capteurs de couple, qui constituent un élément essentiel de la conception des articulations. Ces capteurs, en combinaison avec des moteurs et des réducteurs, forment l'assemblage commun et fournissent un contrôle précis du mouvement et un retour de force.

 

1.4.4 Méthode d'entraînement des membres supérieurs

Les membres supérieurs utilisent principalement des vis à billes, qui convertissent le mouvement alternatif des billes en mouvement linéaire de la vis. Par rapport aux entraînements par courroie ou par chaîne, les vis à billes ont moins de friction, des coûts d'exploitation et de maintenance inférieurs et une plus grande précision.

 

1.4.5 Méthode d'entraînement des membres inférieurs

Les vis à rouleaux planétaires, connues pour leur résistance aux impacts de forces externes et leur longue durée de vie, sont devenues le principal choix pour les entraînements des membres inférieurs, particulièrement adaptées à la gestion de besoins complexes de contrôle de la démarche.

 

1.4.6 Articulation de la main

Les articulations manuelles utilisent généralement des moteurs sans noyau. Ces moteurs ont une conception simple, légers et constituent des composants d'entraînement idéaux pour le mouvement des doigts, permettant un contrôle plus fin.

 

De plus, les choix de roulements pour les joints linéaires et rotatifs comprennent des roulements à contact oblique, des roulements à rouleaux croisés et des roulements à billes à gorge profonde. Ensemble, ces composants garantissent la légèreté, la précision et la fiabilité du robot.

 

 

Avantages intelligents de l'entraînement motorisé

Comparés aux entraînements hydrauliques, les entraînements motorisés présentent des performances intelligentes particulièrement remarquables en matière de contrôle de mouvement. Par exemple, le robot humanoïde de Tesla adopte une technologie de servomoteur à haute densité de couple, avec son contrôle de mouvement intelligent dépassant de loin les systèmes hydrauliques traditionnels. Cette conception permet non seulement un retour en temps réel de l'état du mouvement pour garantir la précision du contrôle, mais maintient également des coûts relativement faibles, ce qui la rend adaptée aux applications à grande échelle.

 

Exigences de performances pour les servomoteurs

En tant que cœur des actionneurs de robots, les servomoteurs doivent répondre aux exigences de performances suivantes :

• Réactivité rapide : les servomoteurs doivent démarrer et s'arrêter rapidement pour s'adapter aux environnements hautement dynamiques.
• Rapport couple de démarrage/inertie élevé : les servomoteurs doivent fournir un couple de démarrage élevé tout en maintenant une faible inertie de rotation.
• Contrôle continu et caractéristiques linéaires : La vitesse du moteur doit s'ajuster en continu avec les changements du signal de contrôle pour garantir une exécution précise.
• Conception compacte : les servomoteurs doivent être de petite taille et légers pour s'adapter à la disposition spatiale compacte du robot.
• Durabilité et capacité de surcharge : les servomoteurs doivent résister à de fréquentes rotations avant et arrière et à des opérations d'accélération/décélération, et supporter plusieurs fois la charge nominale pendant de courtes durées.

Ces caractéristiques rendent les servomoteurs indispensables dans le domaine de la robotique, jetant les bases d'une intelligence et d'une stabilité supérieures dans les robots.

 

Continuer la lecture : Le cœur du mouvement des robots - le rôle décisif des moteurs dans la précision - Partie 2