1. Phân tích và phân phối giá trị của robot hình người
1. Tháo rời robot hình người
Tại Ngày AI Tesla đầu tiên vào tháng 8 năm 2021, Tesla đã công bố bản vẽ ý tưởng về robot hình người đầu tiên của mình "Optimus". Robot hình người này cao 5 feet 8 inch, nặng 125 pound và có khả năng mang vác 45 pound và khả năng nâng vật nặng 150 pound, sẽ được điều khiển thông qua các thuật toán thông minh tương tự như các thuật toán được sử dụng trong xe điện. Một nguyên mẫu sẽ được ra mắt vào tháng 2 năm 2022 và một thế hệ robot hình người gần như hoàn chỉnh mới sẽ được ra mắt vào Ngày AI vào ngày 30 tháng 9 năm 2022. Nó sẽ được ra mắt tại Hội nghị Trí tuệ nhân tạo thế giới vào tháng 7 năm 2023.
Thế hệ Optimus mới nhất do Tesla phát hành có 28 khớp (14 bộ truyền động quay + 14 bộ truyền động tuyến tính) ở phần cơ thể và 2 bàn tay khéo léo có tổng cộng 12 khớp (6 bộ truyền động * 2). Bàn tay khéo léo của robot hình người Tesla được thiết kế để mô phỏng bàn tay con người và có khả năng cầm nắm thích ứng. Cấu trúc bàn tay có năm ngón tay và nhiều khớp. Ngón tay cái sử dụng hai động cơ để điều khiển uốn cong và vung sang hai bên, bốn ngón tay còn lại có một động cơ mỗi ngón. Nó có tổng cộng 6 bộ truyền động, 11 bậc tự do, tải trọng 20 pound, khả năng thích ứng với góc cầm nắm, khả năng sử dụng các công cụ và khả năng cầm nắm chính xác các vật thể nhỏ. 28 bộ truyền động trên robot hình người Tesla được phân bổ trên vai (6), khuỷu tay (2), cổ tay (6), thân (2), hông (6), đầu gối (2 chiếc), mắt cá chân (4 chiếc).
Giải pháp khớp xoay của Tesla Optimus: động cơ không khung + bộ giảm tốc hài hòa + cảm biến mô-men xoắn + cảm biến vị trí + ổ trục (ổ trục bi tiếp xúc góc + ổ trục con lăn trụ chéo) + bộ mã hóa. Tesla đồng thời trình diễn danh mục sản phẩm bộ truyền động của mình, bao gồm ba bộ giảm tốc quay với mô-men xoắn khác nhau, lần lượt là 20Nm/110Nm/180Nm. Phân bổ toàn bộ cơ thể: 6 trên vai, 2 trên cổ tay, 4 trên hông và 2 trên thân.
Giải pháp khớp nối tuyến tính của Tesla Optimus: động cơ không khung + vít con lăn hành tinh + cảm biến mô-men xoắn + cảm biến vị trí + ổ trục. Tesla đồng thời trình diễn danh mục sản phẩm bộ truyền động của mình, bao gồm ba bộ truyền động tuyến tính với các mô-men xoắn khác nhau, với mô-men xoắn là 500N/3900N/8000N. Phân bổ toàn bộ cơ thể: 2 khuỷu tay, 4 cổ tay, 2 hông, 2 đầu gối và 4 mắt cá chân.
2. Phân phối giá trị các bộ phận chính của robot hình người
Đề cập đến Tesla Optimus, giá trị của robot hình người chủ yếu được phân bổ ở hệ thống FSD, chip AI, bộ truyền động và bộ xương chi tay khéo léo: Chip FSD/AI: Năng lực cạnh tranh cốt lõi của Tesla, giá trị của một máy đơn lẻ khoảng 50,000 nhân dân tệ và chi phí chiếm khoảng 26,5%; Bộ truyền động quay: sản phẩm lắp ráp sẽ được cung cấp bởi bên thứ ba, bao gồm bộ giảm tốc hài (hoặc bộ giảm tốc giống hài mới), động cơ mô-men xoắn không khung, cảm biến mô-men xoắn, bộ mã hóa, ổ trục và các bộ phận chính khác, chi phí chiếm khoảng 23%; bộ truyền động tuyến tính: sản phẩm lắp ráp sẽ được cung cấp bởi bên thứ ba, bao gồm trục vít con lăn hành tinh, động cơ mô-men xoắn không khung, cảm biến mô-men xoắn, bộ mã hóa, ổ trục và các bộ phận chính khác, chi phí chiếm khoảng 28%; bàn tay khéo léo: bao gồm động cơ không lõi, hộp số hành tinh, cảm biến, vít me bi, v.v., chiếm khoảng 7% chi phí; bộ xương chi: các bộ phận kết cấu cơ khí, chiếm khoảng 13% chi phí. Trong số các bộ phận không lắp ráp do bên thứ ba cung cấp, động cơ mô-men xoắn không khung (14,84%), trục vít con lăn hành tinh (14,84%), bộ giảm tốc hài hòa (7,42%), cảm biến mô-men xoắn (7,42%), bộ mã hóa (4,45%), động cơ không lõi (3,82%) chiếm tỷ lệ lớn hơn. 2. Phân tích các liên kết chính của rô-bốt hình người
1. Giảm: Rào cản kỹ thuật cao, thay thế trong nước đang tăng tốc
Bộ giảm tốc robot chủ yếu được chia thành hai loại: bộ giảm tốc RV và bộ giảm tốc hài. Bộ giảm tốc hài có ưu điểm là tỷ số truyền động một cấp lớn, kích thước nhỏ, khối lượng thấp và độ chính xác chuyển động cao. Nó có thể hoạt động bình thường trong không gian hạn chế và điều kiện bức xạ trung bình, và phù hợp hơn với các trường giảm tốc độ chính xác tải nhẹ, chẳng hạn như rô bốt hình người, v.v. So với bộ giảm tốc hài, bộ giảm tốc RV có ưu điểm là phạm vi tỷ số truyền lớn, độ chính xác tương đối ổn định, độ bền mỏi cao, v.v., cũng như độ cứng và khả năng chịu mô-men xoắn cao hơn. Chúng chủ yếu phù hợp với các bộ phận tải nặng như cánh tay rô bốt và đế máy.
Khó khăn của bộ giảm tốc hài hòa chủ yếu nằm ở thiết kế răng, vật liệu, thiết bị gia công, công nghệ và tính nhất quán. Khó khăn về mặt kỹ thuật cụ thể bao gồm: Thiết kế hình dạng răng: Vì nguyên lý truyền động của bộ giảm tốc hài hòa là chuyển động ăn khớp giữa hai bánh răng và flexspline liên tục biến dạng nên chiều cao, chiều rộng, hình dạng và các thiết kế khác của bánh răng có tác động lớn hơn đến hiệu suất giảm tốc. Ảnh hưởng. Vật liệu: Flexspline liên tục biến dạng và truyền mô-men xoắn, điều này đặt ra những thách thức lớn đối với tính nhất quán, tải trọng, độ chính xác và tuổi thọ mỏi của vật liệu. Kim loại và hợp kim thông thường khó đáp ứng được các yêu cầu. Thiết bị gia công: Flexspline rất mỏng, độ dày khoảng 100 μm. Yêu cầu gia công và cắt cao. Máy mài CNC và máy phay bánh răng có độ chính xác cao cần phải nhập khẩu và máy công cụ có độ chính xác cao của Nhật Bản có những hạn chế đối với quốc gia của tôi. Công nghệ gia công: Việc gia công và cắt flex spline có yêu cầu rất cao và một số quy trình vẫn dựa vào sự tích lũy kinh nghiệm của nhân viên. Tính nhất quán: Trong sản xuất hàng loạt quy mô lớn, rất khó để giảm tỷ lệ lỗi và duy trì tính nhất quán của sản phẩm. So với bộ giảm tốc hài hòa, bộ giảm tốc RV có cấu trúc phức tạp hơn và có yêu cầu khắt khe hơn về độ chính xác và công nghệ xử lý. Những khó khăn về mặt kỹ thuật cụ thể là: Độ chính xác xử lý: Cấu trúc phức tạp. Trong điều kiện làm việc thực tế, bộ giảm tốc RV cần được định vị chính xác và lặp đi lặp lại, tương đương với việc khởi động và phanh liên tục để duy trì độ chính xác mà không bị suy giảm. Nếu độ chính xác thấp, sẽ gây ra hiện tượng hao mòn sản phẩm. Công nghệ xử lý: Sự hợp tác chặt chẽ của nhiều quy trình, bao gồm xử lý nhiệt bề mặt răng, độ chính xác xử lý, tính đối xứng của chi tiết, công nghệ nhóm và độ chính xác lắp ráp. Dung sai lắp ráp cuối cùng của các quy trình này sẽ gây ra hiện tượng hao mòn và tuổi thọ của sản phẩm. Tính nhất quán: Là các thành phần chính xác, một sản phẩm đơn lẻ không khó để đạt được hiệu suất cao, nhưng đối với các sản phẩm sản xuất hàng loạt quy mô lớn để đạt được hiệu suất tiêu chuẩn là một thách thức lớn.
Dự kiến độc quyền nhập khẩu bộ giảm tốc sẽ bị phá vỡ và quá trình thay thế trong nước đang diễn ra. Thị trường bộ giảm tốc robot toàn cầu có mức độ tập trung cao, với các nhà sản xuất Nhật Bản chiếm phần lớn thị phần. Năm 2021, Nabtesco chiếm 53% thị phần bộ giảm tốc RV của Trung Quốc và Hamon Naco chiếm 35,5% thị phần bộ giảm tốc hài hòa của Trung Quốc. Tuy nhiên, Trung Quốc hiện coi những đột phá trong công nghệ cốt lõi quan trọng của robot là một dự án quan trọng và các nhà sản xuất trong nước đã khắc phục được một số vấn đề ở các thành phần cốt lõi quan trọng như bộ giảm tốc, bộ điều khiển và hệ thống servo. Khối lượng xuất khẩu bộ giảm tốc RV của Trung Quốc đã cho thấy xu hướng tăng chung, trong khi khối lượng nhập khẩu nhìn chung cho thấy xu hướng giảm. Xu hướng nội địa hóa bộ giảm tốc RV đã xuất hiện. Trong những năm gần đây, các nhà sản xuất bộ giảm tốc hài hòa trong nước đã dần tham gia vào chuỗi cung ứng của khách hàng hạ nguồn và thị phần của các thương hiệu Trung Quốc đã tăng lên theo từng năm. Đơn giá của bộ giảm tốc chính xác nhập khẩu, chẳng hạn như sản phẩm của Công ty Hamonoko của Nhật Bản, thường nằm trong khoảng từ 3,000 đến 4,000 nhân dân tệ. Đơn giá của bộ giảm tốc chính xác trong nước là 30% đến 50% giá, có lợi thế về giá.
2. Vít me: Rào cản kỹ thuật rất cao và còn nhiều dư địa để thay thế trong nước.
Vít là sản phẩm lý tưởng để chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng hoặc chuyển đổi chuyển động thẳng thành chuyển động quay. Các sản phẩm vít thông dụng bao gồm vít trượt, vít bi, vít con lăn hành tinh, v.v. Vít bi là một bộ phận truyền động thường được sử dụng trong máy móc chính xác công nghiệp. Cấu trúc chính của nó bao gồm ba phần: vít bi, đai ốc bi và bi. Nguyên lý truyền động cốt lõi là chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng và chuyển đổi ma sát trượt thành ma sát lăn. Khi vít quay so với đai ốc, bề mặt quay của vít đẩy đai ốc di chuyển theo trục thông qua chuyển động lăn tuần hoàn của các viên bi, biến chuyển động quay thành chuyển động thẳng; quá trình lăn của các viên bi khiến ma sát trượt giữa vít và đai ốc chuyển thành ma sát trượt giữa các viên bi, vít và đai ốc. Ma sát lăn giữa chúng biến chuyển động trượt thành chuyển động lăn, cải thiện đáng kể hiệu suất truyền động. Vít con lăn hành tinh là một nhánh có độ chính xác cao của thế hệ vít ren mới, với hiệu suất toàn diện mạnh mẽ và triển vọng ứng dụng rộng rãi. Vít con lăn hành tinh tạo ra ma sát lăn tiếp xúc đường thẳng thông qua các con lăn ăn khớp, giúp tăng đáng kể bề mặt tiếp xúc và bề mặt ứng suất trong quá trình truyền vít. So với các vít me bi trước đây được sử dụng cho truyền động chính xác, hiệu suất truyền động không bị mất đáng kể. Đồng thời, nó có các đặc điểm là tốc độ cao, tải trọng cao, độ cứng cao, phạm vi dẫn cao, kích thước nhỏ hơn, tiếng ồn thấp hơn và bảo trì và tháo rời dễ dàng hơn. Nó đã được sử dụng trong các lĩnh vực có độ chính xác cao trên toàn cầu như hàng không vũ trụ, vũ khí và thiết bị, và năng lượng hạt nhân. Nó cũng có nhu cầu ứng dụng rộng rãi trong các tình huống dân sự như máy công cụ, hệ thống ABS ô tô và ngành công nghiệp hóa dầu.
Vít me bi: Vít me bi được phát minh vào năm 1874. Vào những năm 1930, General Motors của Hoa Kỳ lần đầu tiên ứng dụng các thành phần vít me bi trong các thiết bị lái ô tô. Vào những năm 1940, các cặp vít me bi lần đầu tiên được sử dụng trên các máy công cụ CNC. , và đã trở thành một bộ phận cấp liệu lý tưởng cho các máy công cụ CNC; với sự phát triển của các máy công cụ và thiết bị tự động hóa, việc nghiên cứu và sản xuất các cặp vít me bi đã được thúc đẩy. Vào những năm 1950, nhiều nhà sản xuất vít me bi bắt đầu xuất hiện ở các nước phát triển công nghiệp, chẳng hạn như ROTAX của Anh, NSK của Nhật Bản, v.v. Việc phát triển các cặp vít me bi cho máy công cụ CNC ở nước ta bắt đầu vào những năm 1950. Năm 1964, nước tôi đã tự thiết kế và phát triển bộ cặp vít me bi đầu tiên. Kể từ khi nước này khởi động các dự án liên quan vào năm 2009, các công ty trong nước như Hanjiang Machine Tool và Shandong Bote Seiko và các công ty khác đã đạt được nhiều kết quả tuyệt vời, nhưng hiện tại, nước tôi vẫn còn nhiều chỗ để cải thiện về các sản phẩm hiệu suất cao so với các công ty tiên tiến trên thế giới. Ở thị trường trong nước, thị trường vít me bi trung bình đến cao cấp chủ yếu do các công ty Đức và Nhật Bản chiếm giữ, như THK, các công ty quốc tế như NSK và Rexroth có thể chiếm 90% thị phần ở thị trường cao cấp, trong khi các công ty Trung Quốc đại lục chủ yếu hoạt động ở thị trường tầm trung, chiếm khoảng 30% thị phần. Nguyên nhân chính là do các doanh nghiệp của nước ta có quy mô nhỏ, bắt đầu muộn và không thể đạt được độ chính xác cao về chất lượng sản phẩm.
Vít lăn hành tinh: Năm 1942, Carl Bruno Strandgren người Thụy Điển lần đầu tiên nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho vít lăn hành tinh tuần hoàn. Năm 1954, ông nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho vít lăn hành tinh tiêu chuẩn và đảo ngược. Năm 1986, William J. Roantree đã phát minh ra vít lăn hành tinh vi sai, sau đó Oliver Saari đã phát minh ra vít lăn hành tinh vòng bi. Năm 1970, Công ty Rollvis của Thụy Sĩ bắt đầu phát triển vít lăn hành tinh. SKF của Thụy Điển cũng đã phát triển vít lăn hành tinh. Moog ở Hoa Kỳ, Ortlieb ở Đức và Power Jacks ở Vương quốc Anh đều có vít lăn hành tinh trưởng thành của riêng mình. Sản phẩm; Exlar của Hoa Kỳ và Rexroth của Đức đều sử dụng vít lăn hành tinh trong bộ truyền động cơ điện tương ứng của họ. Vào năm 2022, các công ty vít lăn Nhật Bản và châu Âu sẽ chiếm tới 90% thị trường Trung Quốc. Theo dữ liệu từ Guanyan Report Network, bốn nhà sản xuất hàng đầu trong thị trường cung cấp vít lăn hành tinh của nước tôi vào năm 2022 là Rollvis (Thụy Sĩ), GSA (Thụy Sĩ), Ewellix (Thụy Điển) và Rexroth (Đức), với thị phần lần lượt là 27%, 26%, 13%, 12%. Do các doanh nghiệp Trung Quốc bắt đầu muộn trong ngành này nên sức cạnh tranh của họ kém xa so với các doanh nghiệp ở các nước công nghiệp phát triển nước ngoài.