محرك بدون قلب - مساعدة الروبوتات البشرية على السيطرة على المستقبل
ترك رسالة
أصبحت الروبوتات البشرية نجمًا ساطعًا في مجال الذكاء الاصطناعي.
في السنوات الأخيرة، أصبحت الروبوتات البشرية أحد الإنجازات البارزة لتكنولوجيا الذكاء الاصطناعي، مع تطبيقاتها واسعة النطاق في مجالات مثلطبيوالخدمات. ولتعزيز تطوير هذا المنتج المتطور، قامت البلدان في جميع أنحاء العالم بإدخال سياسات وزيادة الدعم للروبوتات البشرية ومكوناتها الرئيسية. في سلسلة صناعة الروبوتات البشرية،محرك بدون قلبكعنصر حيوي في نظام التحكم في الحركة، يلعب دورًا لا غنى عنه. على سبيل المثال، تستخدم اليد البارعة لروبوت تيسلا الذكي محركات عديمة النواة كمكون أساسي، حيث يقوم كل روبوت بتجميع 12 منها (6 في كل يد). تستكشف هذه المقالة، باعتبارها دراسة عن المحرك+، خصائصه التقنية وحالته في السوق وآفاقه المستقبلية.
ما هو المحرك بدون قلب
1. مفهوم وتصنيف المحركات
المحرك هو جهاز يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. إنه يعمل عن طريق توليد قوة في مجال مغناطيسي من خلال ملف من الأسلاك (ملف الجزء الثابت)، والذي يدفع بعد ذلك دوران الدوار. من حيث المبدأ، يستخدم المحرك تأثير قوة التيار في المجال المغناطيسي لتحقيق تحويل فعال للطاقة.
المبدأ الأساسي لتشغيل المحرك:
يتم استخدام المغناطيس الدائم حول العمود الدوار:
ومن خلال توليد مجال مغناطيسي دوار، يتم تحريك المغناطيسات.
واستنادًا إلى المبدأ القائل بأن "مثل الأقطاب تتنافر، فإن الأقطاب المتقابلة تتجاذب"، يتم تشغيل العمود الدوار. ببساطة، عندما يتدفق التيار عبر السلك على شكل ملف، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا دوارًا، مما يتسبب في دوران المغناطيس.
بعد إدخال قلب حديدي في الملف، يصبح مسار التدفق المغناطيسي أكثر تركيزًا، وتتعزز قوة المجال المغناطيسي بشكل كبير. عند هذه النقطة، يتم إنشاء المجال المغناطيسي للمحرك من خلال العمل المشترك لتيار الملف والقلب الحديدي، مما يشكل أقطاب N وS واضحة، والتي تدفع الدوار للدوران.
المكونات الرئيسية للمحرك
الجزء الثابت:
الجزء الثابت هو الجزء الثابت من المحرك، ويتضمن هيكله الأساسي الأقطاب المغناطيسية والملفات والإطار:
الأقطاب المغناطيسية: تتكون من نواة حديدية وملفات، وظيفتها الأساسية توليد المجال المغناطيسي.
اللفات: تستخدم ملفات الجزء الثابت، والتي عادة ما تكون مصنوعة من مواد موصلة وعازلة، لتوليد القوة المغناطيسية عندما يمر التيار من خلالها.
الإطار: مصنوع عادةً من سبائك الألومنيوم، والتي توفر دعمًا هيكليًا ومقاومة ممتازة للتآكل وقوة.
الدوار:
الدوار هو الجزء الدوار من المحرك، ويتكون من المكونات الرئيسية التالية:
المحرك: مصنوع من موصلات ومواد عازلة، يستخدم لتوليد مجال مغناطيسي عند مرور التيار من خلاله.
المحامل: عادة ما تكون مصنوعة من الفولاذ أو السيراميك، مع مقاومة ممتازة للتآكل ومقاومة للتآكل، وهي تدعم دوران الدوار.
أغطية النهاية: مصنوعة من مواد مثل سبائك الألومنيوم، وهي توفر قوة مانعة للتسرب وهيكلية للمحرك.
من خلال تحليل المكونات الأساسية للمحرك ومبادئه، من السهل أن نرى أن المحرك بدون قلب، بخصائصه المدمجة والفعالة، أصبح قوة دافعة مهمة لتطوير تكنولوجيا الروبوتات البشرية. في المستقبل، مع استمرار تقدم التكنولوجيا، سيصبح تطبيق المحركات عديمة النواة في مجال الروبوتات الذكية أكثر انتشارًا.
2. تعريف وتصنيف المحرك بدون قلب
يمكن إرجاع ميلاد المحرك عديم القلب إلى عام 1958، عندما اقترح الدكتور ف. فولهابر لأول مرة تقنية الملف المنحرف، وفي عام 1965، حصل على براءة الاختراع ذات الصلة، مما يمثل ظهور المحرك عديم القلب. حقق تصميمه المبتكر توازنًا مثاليًا بين حجم المحرك وكفاءته. ينتمي المحرك عديم النواة إلى فئة المحركات المؤازرة ذات المغناطيس الدائم DC ويتكون بشكل أساسي من جزأين رئيسيين: الجزء الثابت والدوار. يتكون الجزء الثابت من صفائح ولفائف فولاذية من السيليكون، وتصميمه الفريد بدون فتحات يتجنب بشكل فعال تأثير التسنن الذي نراه عادة في المحركات التقليدية، مما يقلل من فقدان الحديد وفقدان التيار الدوامي. يتكون الدوار من مغناطيس دائم، عمود، ومجموعة ثابتة، باستخدام مغناطيس دائم على شكل حلقة، مما يسهل المعالجة والتركيب.
بالمقارنة مع المحركات التقليدية، فإن الميزة الأكثر تميزًا للمحرك بدون قلب هي الابتكار في هيكله الدوار. على عكس الدوار ذو القلب الحديدي في المحركات التقليدية، فإن المحرك عديم القلب يعتمد هيكل دوار عديم القلب، يُعرف باسم الدوار عديم القلب. من الداخل، إنه محاط بلفات سلكية ومغناطيس، مما يشكل هيكلًا مجوفًا على شكل كوب.
في المحركات التقليدية وظيفة القلب الحديدي هي:
1. تركيز وتوجيه المجال المغناطيسي: يتكون القلب الحديدي عادة من مواد ذات نفاذية مغناطيسية عالية (مثل صفائح الفولاذ السيليكونية) التي تركز بشكل فعال وتوجه التدفق المغناطيسي، وبالتالي تعزيز قوة المجال المغناطيسي للمحرك وكفاءته.
2. دعم اللفات: يوفر القلب الحديدي دعمًا ثابتًا لملفات المحرك، مما يضمن ثبات شكل اللفات وموضعها أثناء تشغيل المحرك.
في المقابل، يستخدم المحرك عديم القلب دوارًا أسطوانيًا مجوفًا رقيق الجدران، مع لف اللفات مباشرة حول الدوار، مما يلغي الحاجة إلى دعم إضافي للقلب الحديدي.
مزايا التصميم الخالي من الحديد مهمة جدًا:
1. القضاء على خسائر التيار الدوامي والتباطؤ: في المحركات التقليدية، يولد القلب الحديدي بسهولة تيارات دوامية وضياع التباطؤ في المجال المغناطيسي المتناوب، مما يقلل من كفاءة المحرك. يعمل المحرك عديم النواة، بسبب عدم وجود قلب حديدي، على التخلص من هذه الخسائر، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة تحويل الطاقة للمحرك.
2. تقليل الوزن وتقليل القصور الذاتي الدوراني: التصميم الخالي من الحديد يجعل الدوار أخف، مما يقلل من القصور الذاتي الدوراني، مما يؤدي إلى أوقات استجابة أسرع، وسرعات بدء وإيقاف أسرع، وهو مناسب للغاية للتطبيقات التي تتطلب أوقات تسارع واستجابة عالية.
بفضل الهيكل الأسطواني المجوف المصمم بدقة وتصميم اللف الأمثل، يمكن للمحرك بدون قلب توزيع المجال المغناطيسي بشكل أفضل، وتقليل التسرب المغناطيسي، وزيادة تحسين الكفاءة والأداء التشغيلي للمحرك.
تصنيف المحرك بدون قلب
يتم تصنيف المحركات عديمة النواة بشكل عام إلى فئتين بناءً على طريقة التبديل:
المحرك المصقول بدون قلب: يستخدم هذا النوع من المحركات فرش الكربون الميكانيكية للتخفيف.
محرك بدون فرش بدون قلب: يستخدم هذا المحرك تخفيفًا إلكترونيًا بدلاً من فرش الكربون التقليدية للتخفيف. هذا التصميم لا يزيل فقط الشرر الكهربائي وجزيئات غبار الكربون الموجودة بشكل شائع في المحركات التقليدية، مما يقلل الضوضاء، ولكنه أيضًا يطيل عمر المحرك بشكل كبير.
من خلال مقارنة المنتجات المختلفة، من الواضح أن المحرك بدون فرش لم يعد يتطلب فرش كربون، ولكنه يستخدم بدلاً من ذلك مستشعرات Hall للكشف عن تغيرات المجال المغناطيسي للدوار في الوقت الفعلي، وتحويل التبديل الميكانيكي إلى إشارات إلكترونية للتبديل. يعمل هذا التصميم على تبسيط الهيكل المادي للمحرك إلى حد كبير، مما يجعله أكثر كفاءة ومتانة.
| الجدول: مقارنة بين محركات التيار المستمر ذات الفرشاة وبدون فرش | ||
| فئة | محرك بتيار مستمر بدون فرش | محرك DC مصقول |
| تخفيف | العاكس التبديل الإلكترونية | الفرشاة على اتصال ميكانيكي بجزء المقوم |
| الميزات الهيكلية | بشكل عام، الجزء المتحرك عبارة عن مغناطيس دائم والجزء الثابت عبارة عن عضو عضوي | بشكل عام، الجزء المتحرك هو عضو الإنتاج والجزء الثابت هو المغناطيس الدائم |
| طريقة عكسية | تغيير تسلسل عاكس التبديل الإلكتروني | تغيير قطبية الجهد الطرفي |
| المزايا | أداء ميكانيكي جيد، عمر طويل، ضوضاء منخفضة، تبديد جيد للحرارة | أداء ميكانيكي جيد، تكلفة منخفضة |
| العيوب | تكلفة أولية أعلى قليلاً | ارتفاع مستوى الضجيج، وضعف تبديد الحرارة، وتخفيف يتطلب الصيانة |
3. مزايا المحرك بدون قلب
يكسر المحرك عديم النواة، من خلال تصميمه المبتكر لهيكل الدوار، قيود دوارات المحرك التقليدية ويقلل بشكل كبير من خسائر التيار الدوامي الناتجة عن القلب الحديدي.وفي الوقت نفسه، يعمل هذا التصميم على تخفيف وزن المحرك بشكل فعال وتقليل القصور الذاتي الدوراني، وبالتالي تقليل فقدان الطاقة الميكانيكية للدوار أثناء الحركة. بشكل عام، يُظهر المحرك عديم النواة مزايا كبيرة في مجالات متعددة، بما في ذلك كثافة الطاقة العالية، والعمر الطويل، والاستجابة السريعة، وعزم الدوران العالي، والأداء الممتاز في تبديد الحرارة.
كثافة الطاقة العالية
تشير كثافة الطاقة للمحرك عديم النواة إلى طاقة الخرج لكل وحدة حجم أو لكل وحدة وزن. بالمقارنة مع المحركات التقليدية، فإن المحرك بدون قلب أخف وأكثر كفاءة بسبب الدوار الخالي من الحديد. يعمل الدوار الخالي من الحديد على التخلص من فقدان التيار الدوامي والتباطؤ الناتج عن القلب الحديدي، مما يحسن كفاءة المحرك المصغر وبالتالي يسمح له بتوفير طاقة خرج وعزم دوران أكبر ضمن حجم أصغر. تصل كفاءة المحرك عديم النواة عادة إلى ما يزيد عن 80%، في حين أن كفاءة محركات التيار المستمر التقليدية ذات الفرشاة تكون عمومًا أقل بكثير، عادةً حوالي 50%. ولذلك، فإن المحرك بدون قلب مناسب بشكل خاص للأجهزة التي تعمل بالبطارية والتي تتطلب تشغيلًا مستقرًا على المدى الطويل، مثل مضخات أخذ عينات الهواء المحمولة، والروبوتات البشرية، والأيدي الإلكترونية، وأدوات الطاقة المحمولة.
كثافة عزم دوران عالية
بفضل التصميم الخالي من الحديد، فإن الجزء الدوار للمحرك عديم القلب ليس خفيف الوزن فحسب، بل يتميز أيضًا بقصور ذاتي دوراني أصغر، مما يعني أن المحرك يمكنه التسارع والتباطؤ بسرعة، مما يولد عزم دوران أكبر في فترة زمنية أقصر. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا للهيكل الأكثر إحكاما للدوار الخالي من الحديد، فإن المحرك عديم القلب قادر على توفير خرج عزم دوران أعلى في مساحة محدودة.
عمر طويل
يحتوي المحرك عديم النواة على عدد أكبر من أجزاء المبدل، وتكون التقلبات الحالية أثناء عملية التبديل أصغر، مما يقلل من الحث ويقلل بشكل كبير من التآكل الكهربائي لنظام المحرك أثناء عملية التبديل. ولذلك، فإن العمر الافتراضي للمحرك بدون قلب أطول بكثير من عمر محركات DC التقليدية المصقولة. وفقًا للأبحاث ذات الصلة، فإن العمر المتوقع للمحرك بدون قلب يتراوح عادة بين 1000 إلى 3000 ساعة، في حين أن العمر المتوقع لمحركات التيار المستمر المصقولة عادةً ما يكون بضع مئات من الساعات فقط.
استجابة سريعة
تتمتع المحركات التقليدية، بسبب وجود القلب الحديدي، بقصور دوراني أكبر وبالتالي أوقات استجابة أبطأ. في المقابل، يتمتع المحرك عديم النواة بهيكل مدمج ويستخدم ملفًا على شكل كوب ذاتي الدعم للدوار، مما يجعله أخف وزنًا ويقلل من القصور الذاتي الدوراني. وهذا يمنح المحرك عديم النواة خصائص بدء وإيقاف حساسة للغاية. وفقًا للبيانات ذات الصلة، فإن ثابت الوقت الميكانيكي للمحرك عديم النواة عادة ما يكون أقل من 28 مللي ثانية، مع بعض المنتجات حتى أقل من 10 مللي ثانية، وهو أعلى بكثير من ثابت الوقت 100 مللي ثانية للمحركات التقليدية ذات القلب الحديدي.
عزم دوران عالي الذروة
يمكن للمحرك بدون قلب أن يحقق ذروة عزم دوران أكبر في فترة زمنية قصيرة لأن ثابت عزم دوران المحرك يظل ثابتًا أثناء الارتفاع الحالي، وهناك علاقة خطية بين التيار وعزم الدوران. في المقابل، لم تعد محركات التيار المستمر التقليدية ذات القلب الحديدي قادرة على زيادة عزم الدوران بمجرد وصولها إلى نقطة التشبع.
أداء ممتاز لتبديد الحرارة
يسمح السطح الدوار للمحرك عديم النواة بتدفق الهواء، مما يوفر تبديدًا أفضل للحرارة من المحركات التقليدية ذات القلب الحديدي. في المحركات التقليدية، عادةً ما يتم تضمين ملف الجزء الدوار ذو القلب الحديدي في أخاديد صفائح السيليكون الفولاذية، مما يؤدي إلى انخفاض تدفق الهواء على سطح الملف وارتفاع درجة الحرارة. في ظل نفس ظروف خرج الطاقة، يتمتع المحرك بدون قلب بارتفاع أقل بكثير في درجة الحرارة وتبديد حرارة أكثر كفاءة.
4. المسار الفني للمحرك بدون قلب
العملية الرئيسية في إنتاج المحركات بدون قلب هي تصنيع الملف، وبالتالي فإن عملية تصميم الملف ولفه تصبح حواجز تقنية. يؤثر قطر السلك وعدد اللفات والخصائص الخطية للسلك بشكل مباشر على المعلمات الأساسية للمحرك، بينما تحدد طريقة اللف بشكل مباشر كفاءة المحرك وأدائه.
تصميم الملف وطرق اللف
يتضمن تصميم اللف للمحرك بدون قلب بشكل أساسي اللف المستقيم، واللف المنحرف، ولف السرج.
اللف المستقيم: تتميز طريقة اللف هذه بملفات يكون فيها السلك موازيًا لمحور المحرك، مما يشكل ملفًا مركزًا. في حين أن هذا التصميم بسيط، إلا أن الأجزاء النهائية من عضو الإنتاج لا يمكنها توليد عزم دوران فعال، مما يزيد من وزن ومقاومته.
اللف المنحرف: المعروف أيضًا باسم اللف على شكل قرص العسل، تستخدم هذه الطريقة ملفًا بزاوية حيث تكون الأجزاء النهائية من اللف أصغر ولا توجد ملفات نهائية. بالمقارنة مع اللف المستقيم، فإن اللف المنحرف يقلل من الوزن والقصور الذاتي الدوراني لعضو الإنتاج، مما يحسن قدرة المحرك على التسارع وعزم الدوران الناتج. العلامات التجارية مثل Faulhaber الألمانية وPortescap السويسرية تستخدم عادة هذا التصميم.
لف السرج: تستخدم طريقة اللف هذه سلكًا مطليًا بالمينا ذاتي الترابط وتحسن معدل ملء الفتحة من خلال عمليات التشكيل والترتيب المتعددة. يمكن أن يؤدي لف السرج إلى تقليل فجوة الهواء بشكل فعال وزيادة معدل استخدام المغناطيس الدائم، وبالتالي تحسين كثافة طاقة المحرك. بعض المنتجات من شركة Maxon السويسرية تعتمد هذا التصميم المتعرج.
إن طرق اللف المختلفة هذه لها تأثير مهم على الكفاءة والطاقة وعزم الدوران الناتج للمحرك عديم النواة، كما أنها تحدد تكلفة إنتاج المحرك وسيناريوهات التطبيق المناسبة.
تصنيف عمليات اللف
من منظور تكنولوجيا الإنتاج، يمكن تقسيم عمليات تشكيل الملف للمحركات عديمة النواة إلى ثلاث فئات: اللف اليدوي، وتكنولوجيا إنتاج لف الملف، وتكنولوجيا إنتاج التشكيل بخطوة واحدة.
1. اللف اليدوي
اللف اليدوي هو عملية إنتاج مصنوعة يدويًا تتضمن سلسلة من الخطوات المعقدة مثل إدخال الدبوس، واللف اليدوي، وترتيب اللف اليدوي. في حين أن هذه الطريقة مناسبة للمنتجات المخصصة للغاية، إلا أن كفاءتها الإنتاجية منخفضة نسبيًا، ويكون اتساق واستقرار المنتجات محدودًا. لذلك، يتم استخدام هذه العملية بشكل أكثر شيوعًا لإنتاج دفعة صغيرة أو إنتاج متطلبات خاصة.
2. تكنولوجيا إنتاج لفائف اللف
إن تقنية إنتاج لفائف الملفات هي عملية شبه آلية حيث يتم لف الأسلاك المطلية بالمينا على مغزل بمقطع عرضي من الماس بترتيب معين. بمجرد الوصول إلى الطول المطلوب، تتم إزالة الملف ومن ثم تسويته في لوح سلكي، والذي يتم بعد ذلك لفه في ملف على شكل كوب. تتمتع هذه العملية بكفاءة إنتاجية أعلى ويمكن أن تلبي احتياجات الإنتاج متوسطة الحجم. وفقًا للبيانات الواردة في المقالة "عملية ومعدات لف الملفات لتصنيع حديد التسليح بدون قلب،" يمكن للمعدات التي تستخدم أربعة عمال تحقيق إنتاج سنوي يبلغ 30,000 وحدة. ومع ذلك، فإن محدودية تقنية لف الملف هي أنها مناسبة في المقام الأول للملفات بدون قلب التي يبلغ قطرها 20-30 ملم. بالنسبة للملفات الأصغر حجمًا التي يقل قطرها عن 10-12 مم، خاصة تلك التي تكون مسافة الصنبور فيها أقل من 7 مم، يصبح اللف أكثر صعوبة. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب عملية لف الملف قدرًا كبيرًا من العمل اليدوي، مما قد يؤثر على تماسك المنتج.
3. تكنولوجيا إنتاج التشكيل بخطوة واحدة
تستخدم تكنولوجيا إنتاج التشكيل بخطوة واحدة معدات أوتوماتيكية للغاية لتعبئة الأسلاك المطلية بالمينا على المغزل وفقًا لنمط محدد. بمجرد لف الملف على شكل كوب، تتم إزالته مباشرة في خطوة واحدة، مما يلغي الحاجة إلى عمليات إضافية مثل الدرفلة أو التسطيح. توفر هذه الطريقة درجة أعلى من الأتمتة، مما يوفر كفاءة إنتاج أعلى وتناسق أفضل للمنتج. ومع ذلك، فإنه يتطلب أيضًا استثمارًا أوليًا أعلى في المعدات. بالمقارنة مع تقنية لف الملف، فإن تقنية التشكيل بخطوة واحدة يمكن أن تنتج مجموعة أكبر من أنواع ومواصفات المحركات، ويمكنها التحكم بشكل أفضل في جودة وإحكام ترتيب الملف.
| الجدول: مقارنة بين عملية اللف وعملية التشكيل بخطوة واحدة | ||
| عملية الجرح | تكنولوجيا إنتاج تشكيل طلقة واحدة | |
| سعر المعدات | قليل | عالي |
| درجة الأتمتة | منخفضة وغير مناسبة للإنتاج الآلي على نطاق واسع | من الممكن إنتاج آلي عالي الحجم وواسع النطاق |
| معدل الخردة | عالي | قليل |
| صعوبة فنية شاملة | قليل | عالي |
شاهد المزيد:تقنية اللف هي الحاجز الأساسي لمحرك الكوب المجوف
محرك بدون قلب - المكون الأساسي للروبوتات البشرية
الروبوتات البشرية، والمعروفة أيضًا باسم الروبوتات المجسمة، هي روبوتات ذكية مصممة للعمل والتفاعل في بيئات مشابهة لبيئات البشر. وتم تصميم هذه الروبوتات لتقليد المظهر والسلوك البشري، فهي قادرة على استشعار البيئة المحيطة، والتعرف على الأشياء والبشر، ومعالجة وفهم البيانات المكانية، وتقديم خدمات فعالة وذكية. من خلال تكامل أجهزة الاستشعار والمحركات والخوارزميات وأنظمة الأجهزة والبرامج الأخرى، يمكن للروبوتات البشرية إدراك المعلومات ومعالجتها والاستجابة للاحتياجات البشرية بكفاءة.
مع التطور المستمر للتكنولوجيا، يتم تطبيق الروبوتات البشرية بشكل متزايد في مختلف الصناعات، ومن المتوقع أن تصبح سوقًا بقيمة تريليون دولار على قدم المساواة مع الهواتف الذكية وسيارات الركاب وغيرها من التقنيات في المستقبل. في المجال الصناعي، وخاصة في التصنيع، يمكن للروبوتات البشرية أن تحل محل البشر في أداء مهام عالية الكثافة وخطيرة ومتكررة، مثل التعامل مع المواد واللحام والتلميع وغير ذلك. وتخطط تسلا لإدخال الروبوتات البشرية في مصانعها الضخمة لعمليات خطوط التجميع لزيادة كفاءة الإنتاج وتقليل مخاطر إصابة العمال؛ وتدرس المجموعة العامة للطاقة النووية الصينية أيضًا نشر روبوتات بشرية في محطات الطاقة النووية؛ تقوم شركة Foxconn بتجربة الروبوتات البشرية لمعالجة مشكلات مراقبة الجودة، ومعدل دوران الموظفين، وتخفيف الضغط الجسدي الناجم عن بعض المهام المتكررة. صناعة الخدمات ليست استثناء. بفضل إدراكها البيئي القوي وقدراتها الممتازة على التفاعل بين الإنسان والروبوت، يمكن للروبوتات البشرية القيام بمهام مثل التوصيل والرفقة في المطاعم والمستشفيات وغيرها من المواقع، بالإضافة إلى العمل كمقدمي رعاية منزلية ومرافقين في البيئات المنزلية. على سبيل المثال، يُستخدم الروبوت Apollo، وهو روبوت من شركة Apptronik ومقرها الولايات المتحدة، بشكل أساسي لإدارة المستودعات والمساعدة في نقل البضائع، مع عمر بطارية يصل إلى 4 ساعات؛ G1، وهو روبوت بشري متعدد الأغراض تم تطويره بواسطة Yushu Technology، يمكنه أداء حركات دقيقة مثل فتح غطاء الزجاجة.
من حيث هيكل الروبوتات البشرية، فإنها تنقسم بشكل عام إلى نظام التنفيذ، ونظام الإدراك، وأنظمة أخرى. يتضمن نظام التنفيذ بشكل أساسي المحركات الخطية، والمحركات الدورانية، والأيدي الماهرة. ويتضمن نظام الإدراك، حسب المسار التقني، أجهزة استشعار بصرية، ورادار الموجات المليمترية، وأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي، وغيرها من الأجهزة. وتشمل الأنظمة الأخرى مكونات رئيسية مثل الرقائق والبطاريات. تعمل اليد البارعة، باعتبارها أحد المكونات الرئيسية لنظام التنفيذ، على أساس التعاون بين المحرك عديم النواة وعلبة التروس الكوكبية. يقوم المحرك عديم النواة بتشغيل علبة التروس الكوكبية لتوليد قوة رد فعل عكسي، والتي تقوم بعد ذلك بسحب مفاصل الأصابع من خلال المفصلات أو الوصلات الأخرى، مما يحول الحركة الدوارة إلى حركة خطية. من خلال تطبيق الجهد الكهربائي الأمامي أو العكسي، يمكن للمحرك بدون قلب التحكم في تمديد وسحب الأصابع، مما يتيح الإمساك بالأشياء أو تحريرها.
إذا أخذنا روبوت تيسلا أوبتيموس كمثال، فإن يده الماهرة تتكون من محرك بدون قلب، وعلبة تروس كوكبية دقيقة، ولولب كروي، وأجهزة استشعار، وأجهزة تشفير. يمثل المحرك عديم النواة حوالي 50% من تكلفة مكونات مشغل اليد، وحوالي 4~4.5% من التكلفة الإجمالية للروبوت الواحد. يتم تشغيل كل يد بارعة بواسطة ستة محركات، مع وحدتين محركتين بدون قلب مثبتتين في قسم الإبهام لأداء حركات التمديد والقلب في وقت واحد؛ يتم تشغيل كل من الأصابع الأخرى بواسطة وحدة محرك واحدة بدون قلب. تعمل الوحدات الحركية الستة مع الترس الدودي ونظام الأوتار لإجراء عمليات مرنة ودقيقة لليد.
بالإضافة إلى ذلك، تحتوي الروبوتات البشرية أيضًا على مكون حاسم آخر: محرك عزم الدوران بدون إطار، والذي يستخدم عادةً في المناطق التي تتطلب عزم دوران عاليًا، مثل المفاصل. كنوع من المحركات المؤازرة، يوفر المحرك عديم النواة دقة تحكم أعلى وسرعة استجابة أسرع، مما يجعله مستخدمًا على نطاق واسع في مكونات مثل الأيدي الماهرة التي تتطلب دقة واستجابة أكبر. نظرًا لأن هذه المقالة تركز على المحركات عديمة النواة، فلن يتم التوسع في التحليل التفصيلي لمحركات عزم الدوران بدون إطار.
تقدير حجم سوق المحركات بدون قلب
1. في الوقت الحالي، أدى التطور السريع للذكاء الاصطناعي إلى حل تحديين رئيسيين للروبوتات: الافتقار إلى الذكاء ونقص سيناريوهات التطبيق. وفي الوقت نفسه، تخضع أجهزة الروبوتات البشرية أيضًا لتكرار سريع. يساعد تخطيط السلسلة الصناعية المحلية على تقليل التكاليف بسرعة، وبالتالي إرساء الأساس لتعميم الروبوتات البشرية. تعتقد هذه المقالة أن نمو سوق الروبوتات البشرية سيحدث على ثلاث مراحل:
المرحلة 1: 2024-2026: مدفوعة بشكل أساسي بالسياسات ورأس المال، من المتوقع أن تدخل الشركات تدريجيًا مرحلة الإنتاج الضخم للروبوتات البشرية. في السنوات الثلاث الأولى، سيكون تركيز التطبيقات التجارية هو تلبية الاحتياجات غير المنظمة للسوق الصناعية، واستكمال خطوط الإنتاج الصناعية التقليدية. خلال هذه المرحلة، من المتوقع أن يصل معدل النمو السنوي المركب (CAGR) لمبيعات الروبوتات البشرية إلى حوالي 50%.
المرحلة 2: 2027-2030: مع التخفيض المستمر للتكاليف وتحسين الكفاءة في سلسلة التوريد، فضلاً عن الاختراقات التكنولوجية المستمرة، سوف تنتشر الروبوتات البشرية تدريجيًا وتصبح شائعة في المناطق المحتملة لسوق المنازل والخدمات، مع زيادة إمكانات التطبيق بشكل مستمر استكشاف. من المتوقع أن يصل معدل النمو السنوي المركب لمبيعات الروبوتات البشرية خلال هذه المرحلة إلى حوالي 100%.
المرحلة 3: بعد عام 2030: سيصبح الطلب في سيناريوهات مثل رعاية المسنين، والرفقة العاطفية، والتطبيقات العسكرية هو القوة الدافعة الرئيسية لنمو الروبوتات البشرية، مما يؤدي إلى اتجاه السوق التصاعدي على المدى الطويل. من المتوقع أن يصل معدل النمو السنوي المركب لمبيعات الروبوتات البشرية في هذه المرحلة إلى حوالي 20%.
2. من منظور التسعير، متوسط سعر الوحدة الحالي للمحركات بدون قلب في كل من الأسواق المحلية والدولية هو 1200 RMB لكل وحدة. على افتراض أن السعر لا يزال مستقرا في المستقبل.
3. بافتراض أن عدد المحركات عديمة النواة المستخدمة في كل روبوت بشري يظل كما هو الآن، أي 12 محركًا لكل روبوت.
من التقدير، بدءًا من عام 2028، ستصل الزيادة في حجم السوق للمحركات عديمة النواة في مجال الروبوتات البشرية إلى مستوى مليار يوان. بحلول عام 2030، سيتجاوز حجم السوق المتزايد من مجال الروبوتات البشرية 40% من حجم السوق المجمع للمجالات الأخرى.
| الجدول: تقدير الزيادة في حجم المحركات ذات الأكواب المجوفة التي جلبتها الروبوتات البشرية | |||||||||
| 2024 | 2025 | 2026 | 2027 | 2028 | 2029 | 2030 | 2031 | 2032 | |
| مبيعات الروبوتات البشرية (10,000 وحدة) | 1 | 1.5 | 2.25 | 4.5 | 9 | 18 | 36 | 43.2 | 51.84 |
| مبيعات الروبوتات البشرية (سنويًا) | 50% | 50% | 100% | 100% | 100% | 100% | 20% | 20% | |
| عدد محركات الأكواب المجوفة لكل جهاز (وحدات) | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 |
| مبيعات المحركات ذات الأكواب المجوفة في هذا المجال (10,000 وحدة) | 12 | 18 | 27 | 54 | 108 | 216 | 432 | 518.4 | 622.08 |
| سعر الوحدة للمحركات ذات الأكواب المجوفة (يوان) | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 |
| زيادة حجم السوق للمحركات ذات الأكواب المجوفة (10,000 يوان) | 12000 | 18000 | 27000 | 54000 | 108000 | 216000 | 432000 | 518000 | 622080 |
المشهد التنافسي للمحرك بدون قلب
على المستوى الدولي، حافظ تصنيع المحركات بدون قلب، نظرًا لتقنيتها المتقدمة ومزاياها التنافسية، جنبًا إلى جنب مع تكنولوجيا معدات اللف المتقدمة المتوافقة والمستوى العالي من الأتمتة، لفترة طويلة على حصة سوقية عالية، مما يمنحها ميزة الريادة. ومن بين رواد الصناعة العالمية شركة ماكسون السويسرية، وفولهابر الألمانية، وبورتيسكاب السويسرية. في السوق الصينية، تشمل الشركات التمثيلية شركة VSD، التي تأسست في عام 2011. وبدأ تصنيع المحركات بدون قلب في الصين في وقت لاحق، مع وجود فجوة تكنولوجية معينة مقارنة بالشركات الأجنبية. ومع ذلك، من خلال الاستفادة من ميزة السلسلة الصناعية الكاملة القوية في الصين ومجموع المواهب الهندسية، من المتوقع اللحاق السريع بالركب.
ماكسون (سويسرا): تأسست شركة ماكسون عام 1961، ويعمل لديها حوالي 3300 موظف على مستوى العالم، موزعين على 40 دولة. في عام 2022، حققت الشركة رقم مبيعات قدره 708 مليون فرنك سويسري، مع إنتاج سنوي قدره 5 ملايين وحدة وحوالي 12,000 صنفًا من المنتجات. تشتمل منتجاتها في المقام الأول على محركات التيار المستمر بدون فرش أو فرش، وعلب التروس المختلفة، وأجهزة الاستشعار، وأجهزة التشفير، ومكبرات الصوت المؤازرة، وأجهزة التحكم في الموضع، ومكونات CIM وMIM، والحلول المخصصة المصممة خصيصًا لتلبية احتياجات العملاء. تتراوح أقطار محركاتها عديمة النواة 4-90 ملم، وتتراوح قوتها من 1.2-400 واط. أداء عزم الدوران ممتاز، مع طاقة عالية، نطاق سرعة واسع، وعمر خدمة طويل.
فولهابر (ألمانيا): باعتبارها شركة عائلية مستقلة، تعد تكنولوجيا القيادة التي تنتجها شركة فولهابر مثالًا رائعًا للهندسة الدقيقة وتكنولوجيا المحركات. تمتلك شركة Faulhaber مراكز للبحث والتطوير والإنتاج في ألمانيا وسويسرا والولايات المتحدة ورومانيا والمجر، مع شبكة تمتد إلى أكثر من 30 دولة ومنطقة، وأكثر من 2300 موظف محترف. يبلغ الحد الأدنى لحجم المحرك عديم النواة B-Micro بدون فرش 3 مم، والمحرك بدون قلب المصقول 0615N1.5S يبلغ الحد الأدنى لحجمه 6 مم.
Portescap (سويسرا): تأسست شركة Portescap في عام 1931 في سويسرا، وركزت في البداية على صناعة الساعات وقدمت محرك DC بدون قلب الثوري EscapTM في عام 1959، ودخلت صناعة المحركات المصغرة. وفي عام 2023، استحوذت عليها شركة RegalRexnord. تلبي منتجات المحركات الصغيرة للشركة احتياجات النقل للأسواق النهائية التي تتراوح من الأجهزة الطبية إلى التطبيقات الصناعية المختلفة.
VSD (الصين): تأسست شركة VSD في عام 2011، وقد تطورت بسرعة، في البداية في الصين، وفي غضون سنوات قليلة، صعدت بسرعة لتصبح واحدة من الشركات الرائدة في مجال تصنيع المحركات الصغيرة في الصين، وبدأت في التوسع دوليًا. لقد تعاونت بالفعل مع شركات عالمية معروفة مثل Montaplast، Panasonic، وPhilips، وحازت على الثقة والثناء. تتجاوز مساحة المصنع الإجمالية للشركة 10,000 متر مربع، مع مرافق إنتاج منفصلة للمحركات المصقولة وبدون فرش، ومئات من الآلات الآلية المتقدمة (بما في ذلك آلات اللف المتقدمة)، وعشرات من مهندسي الأبحاث ذوي الخبرة، ومئات من موظفي الخطوط الأمامية ، إنتاج 200,000 محرك يوميًا.
