1. Répartition et distribution de la valeur des robots humanoïdes
1. Démontage du robot humanoïde
Lors du premier Tesla AI Day en août 2021, Tesla a dévoilé un dessin conceptuel de son premier robot humanoïde « Optimus ». Le robot humanoïde mesure 1,73 m, pèse 56 kg et possède une capacité de charge de 20 kg et une capacité de levage de 68 kg, qui sera contrôlée par des algorithmes intelligents similaires à ceux utilisés dans les véhicules électriques. Un prototype sera lancé en février 2022 et une nouvelle génération de robot humanoïde presque complet sera dévoilée lors de l'AI Day le 30 septembre 2022. Il sera dévoilé lors de la World Artificial Intelligence Conference en juillet 2023.
La dernière génération d'Optimus commercialisée par Tesla possède 28 articulations (14 actionneurs rotatifs + 14 actionneurs linéaires) dans la partie mécanique du corps, et les 2 mains adroites ont un total de 12 articulations (6 actionneurs * 2). Les mains adroites du robot humanoïde de Tesla sont conçues pour imiter les mains humaines et ont des capacités de préhension adaptatives. La structure de la main comporte cinq doigts et plusieurs articulations. Le pouce utilise deux moteurs pour entraîner la flexion et le balancement latéral, et les quatre autres doigts ont chacun un moteur. Il dispose d'un total de 6 actionneurs, de 11 degrés de liberté, d'une charge de 20 livres, de la capacité de s'adapter à l'angle de préhension, de la capacité d'utiliser des outils et de la capacité de saisir avec précision de petits objets. Les 28 actionneurs du robot humanoïde Tesla sont répartis sur les épaules (6), les coudes (2), les poignets (6), le torse (2), les hanches (6), les genoux (2 pièces), la cheville (4 pièces).
Solution de joint rotatif Tesla Optimus : moteur sans cadre + réducteur harmonique + capteur de couple + capteur de position + roulements (roulement à billes à contact oblique + roulements à rouleaux cylindriques croisés) + codeur. Tesla a simultanément présenté sa gamme de produits d'actionneurs, qui comprend trois réducteurs rotatifs avec des couples différents, respectivement 20 Nm/110 Nm/180 Nm. Répartition du corps entier : 6 sur les épaules, 2 sur les poignets, 4 sur les hanches et 2 sur le tronc.
Solution d'articulation linéaire de Tesla Optimus : moteur sans cadre + vis à rouleaux planétaires + capteur de couple + capteur de position + roulement. Tesla a simultanément présenté sa gamme de produits d'actionneurs, qui comprend trois actionneurs linéaires avec des couples différents, avec des couples de 500 N/3 900 N/8 000 N. Répartition du corps entier : 2 coudes, 4 poignets, 2 hanches, 2 genoux et 4 chevilles.
2. Répartition de la valeur des principales pièces des robots humanoïdes
Français En se référant à Tesla Optimus, la valeur du robot humanoïde est principalement répartie dans le système FSD, la puce IA, l'actionneur et le squelette du membre de la main adroite : Puce FSD/IA : compétitivité de base de Tesla, la valeur d'une seule machine est d'environ 50 000 yuans, et le coût représente environ 26,5 % ; Actionneur rotatif : les produits d'assemblage seront fournis par des tiers, y compris les réducteurs harmoniques (ou les nouveaux réducteurs de type harmonique), les moteurs à couple sans cadre, les capteurs de couple, les encodeurs, les roulements et autres pièces importantes, le coût représente environ 23 % ; actionneur linéaire : le produit d'assemblage sera fourni par un tiers, y compris la vis à rouleaux planétaires, le moteur à couple sans cadre, le capteur de couple, l'encodeur, le roulement et d'autres pièces importantes, le coût représente environ 28 % ; main adroite : y compris le moteur sans noyau, le réducteur planétaire, le capteur, la vis à billes, etc., représentant environ 7 % du coût ; squelette du membre : pièces structurelles mécaniques, représentant environ 13 % du coût. Parmi les pièces non assemblées fournies par des tiers, les moteurs couples sans cadre (14,84%), les vis à rouleaux planétaires (14,84%), les réducteurs harmoniques (7,42%), les capteurs de couple (7,42%), les encodeurs (4,45%), les moteurs sans noyau (3,82%) représentent une part plus importante. 2. Analyse des principaux maillons des robots humanoïdes
1. Réducteur : les barrières techniques sont élevées, la substitution nationale s'accélère
Les réducteurs de robot sont principalement divisés en deux catégories : les réducteurs RV et les réducteurs harmoniques. Le réducteur harmonique présente les avantages d'un grand rapport de transmission à un étage, d'une petite taille, d'une faible masse et d'une grande précision de mouvement. Il peut fonctionner normalement dans des espaces confinés et des conditions de rayonnement moyen, et est plus adapté aux champs de décélération de précision à charge légère, tels que les robots humanoïdes, etc. Par rapport aux réducteurs harmoniques, les réducteurs RV présentent les avantages d'une large plage de rapports de transmission, d'une précision relativement stable, d'une résistance à la fatigue élevée, etc., ainsi que d'une rigidité et d'une capacité de charge de couple plus élevées. Ils conviennent principalement aux pièces à charge lourde telles que les bras de robot et les bases de machines.
Français Les difficultés des réducteurs harmoniques résident principalement dans la conception des dents, les matériaux, l'équipement de traitement, la technologie et la cohérence. Les difficultés techniques comprennent spécifiquement : Conception de la forme des dents : Étant donné que le principe de transmission du réducteur harmonique est le mouvement d'engrènement entre deux engrenages et que le flexspline se déforme constamment, la hauteur, la largeur, la forme et d'autres conceptions des engrenages ont un impact plus important sur les performances de décélération. Influence. Matériau : Le flexspline se déforme et transmet en permanence le couple, ce qui pose de grands défis à la cohérence, à la charge, à la précision et à la durée de vie en fatigue du matériau. Les métaux et alliages ordinaires sont difficiles à satisfaire aux exigences. Équipement de traitement : Le flexspline est très fin, avec une épaisseur d'environ 100 μm. Les exigences de traitement et de découpe sont élevées. Les rectifieuses CNC de haute précision et les machines à tailler les engrenages doivent être importées, et les machines-outils japonaises de haute précision ont des restrictions dans mon pays. Technologie de traitement : Le traitement et la découpe des cannelures flexibles sont très exigeants, et certains processus dépendent encore de l'accumulation d'expérience des employés. Français : Cohérence : Dans la production de masse à grande échelle, il est très difficile de réduire le taux de défauts et de maintenir la cohérence du produit. Par rapport aux réducteurs harmoniques, les réducteurs RV ont une structure plus complexe et ont des exigences plus strictes en matière de précision et de technologie de traitement. Les difficultés techniques sont spécifiquement : Précision de traitement : La structure est complexe. Dans les conditions de travail réelles, le réducteur RV doit être positionné de manière répétée et précise, ce qui équivaut à un démarrage et un freinage continus pour maintenir la précision sans atténuation. Si la précision est faible, cela entraînera l'usure du produit. Technologie de traitement : La coopération étroite de divers processus, y compris le traitement thermique de la surface des dents, la précision de traitement, la symétrie des pièces, la technologie de regroupement et la précision d'assemblage. Les tolérances d'assemblage finales de ces processus entraîneront l'usure et la durée de vie du produit. Cohérence : En tant que composants de précision, il n'est pas difficile pour un seul produit d'atteindre des performances élevées, mais c'est un grand défi pour les produits fabriqués en série à grande échelle d'atteindre des performances standard.
Le monopole d'importation des réducteurs devrait être brisé et la substitution nationale est en cours. Le marché mondial des réducteurs de robots est très concentré, les fabricants japonais occupant la majeure partie des parts de marché. En 2021, Nabtesco occupait 53 % des parts de marché des réducteurs RV en Chine et Hamon Naco occupait 35,5 % des parts de marché des réducteurs harmoniques en Chine. Cependant, la Chine considère désormais les percées dans les technologies de base clés des robots comme un projet important, et les fabricants nationaux ont surmonté certains des problèmes des composants de base clés tels que les réducteurs, les contrôleurs et les systèmes d'asservissement. Le volume des exportations de réducteurs RV chinois a montré une tendance globale à la hausse, tandis que le volume des importations a généralement montré une tendance à la baisse. La tendance à la localisation des réducteurs RV est apparue. Ces dernières années, les fabricants nationaux d'harmoniques sont progressivement entrés dans la chaîne d'approvisionnement des clients en aval et la part de marché des marques chinoises a augmenté d'année en année. Le prix unitaire des réducteurs de précision importés, comme ceux de la société japonaise Hamonoko, se situe généralement entre 3 500 et 4 700 yuans. Le prix unitaire des réducteurs de précision nationaux représente 30 à 50 % du prix, ce qui présente un avantage de prix.
2. Vis mère : les barrières techniques sont très élevées et il existe une grande marge de substitution nationale.
La vis est un produit idéal pour convertir un mouvement rotatif en mouvement linéaire ou convertir un mouvement linéaire en mouvement rotatif. Les produits de vis courants comprennent les vis coulissantes, les vis à billes, les vis à rouleaux planétaires, etc. La vis à billes est un élément de transmission couramment utilisé dans les machines de précision industrielles. Sa structure principale comprend trois parties : la vis à billes, l'écrou à billes et la bille. Le principe de transmission de base est de convertir le mouvement de rotation en mouvement linéaire et de convertir le frottement de glissement en frottement de roulement. Lorsque la vis tourne par rapport à l'écrou, la surface rotative de la vis pousse l'écrou à se déplacer axialement par le roulement cyclique des billes, transformant la rotation en mouvement linéaire ; le roulement des billes fait que le frottement de glissement entre la vis et l'écrou se transforme en frottement de glissement entre les billes, la vis et l'écrou. Le frottement de roulement entre eux transforme le glissement en roulement, améliorant considérablement l'efficacité de la transmission. Les vis à rouleaux planétaires sont une branche de haute précision de la nouvelle génération de vis filetées, avec de solides performances globales et de larges perspectives d'application. La vis à rouleaux planétaires génère un frottement de roulement de contact de ligne par le biais de rouleaux engrenés, ce qui augmente considérablement la surface de contact et la surface de contrainte pendant le processus de transmission de la vis. Par rapport aux vis à billes précédentes utilisées pour la transmission de précision, l'efficacité de la transmission n'est pas significativement perdue. En même temps, elle présente les caractéristiques d'une vitesse élevée, d'une charge élevée, d'une rigidité élevée, d'une plage de pas élevée, d'une taille plus petite, d'un bruit plus faible et d'une maintenance et d'un démontage plus faciles. Elle a été utilisée dans des domaines mondiaux de haute précision tels que l'aérospatiale, l'armement et l'équipement et l'énergie nucléaire. Elle a également de nombreux besoins d'application dans des scénarios civils tels que les machines-outils, les systèmes ABS automobiles et les industries pétrochimiques.
Français : Vis à billes : La vis à billes a été inventée en 1874. Dans les années 1930, General Motors des États-Unis a appliqué pour la première fois des composants de vis à billes dans les dispositifs de direction automobile. Dans les années 1940, les paires de vis à billes ont été utilisées pour la première fois sur les machines-outils CNC. , et est devenu un élément d'alimentation idéal pour les machines-outils CNC ; avec le développement des machines-outils et des équipements d'automatisation, la recherche et la production de paires de vis à billes ont été encouragées. Dans les années 1950, de nombreux fabricants de vis à billes ont commencé à apparaître dans les pays industriellement développés, tels que le britannique ROTAX, le japonais NSK, etc. Le développement de paires de vis à billes pour les machines-outils CNC dans notre pays a commencé dans les années 1950. En 1964, mon pays a conçu et développé le premier ensemble de paires de vis à billes de son propre chef. Depuis que le pays a lancé des projets connexes en 2009, des entreprises nationales telles que Hanjiang Machine Tool et Shandong Bote Seiko et d'autres ont obtenu de nombreux excellents résultats, mais à l'heure actuelle, mon pays a encore une marge de progression dans les produits de haute performance par rapport aux entreprises avancées du monde. Sur le marché intérieur, le marché des vis à billes de milieu et haut de gamme est principalement occupé par des entreprises allemandes et japonaises telles que THK. Les entreprises internationales telles que NSK et Rexroth peuvent occuper 90 % des parts de marché sur le marché haut de gamme, tandis que les entreprises de Chine continentale sont principalement actives sur le marché de milieu de gamme, représentant environ 30 % des parts de marché. La principale raison est que les entreprises de notre pays sont de petite taille, ont démarré tardivement et ne peuvent pas atteindre un niveau élevé de précision dans la qualité des produits.
Vis à rouleaux planétaires : En 1942, le Suédois Carl Bruno Strandgren a déposé pour la première fois un brevet pour une vis à rouleaux planétaires à recirculation. En 1954, il a déposé un brevet pour une vis à rouleaux planétaires standard et inversée. En 1986, William J. Roantree a inventé la vis à rouleaux planétaires différentielle, puis Oliver Saari a inventé la vis à rouleaux planétaires à bague de roulement. En 1970, la société suisse Rollvis a commencé à développer des vis à rouleaux planétaires. La société suédoise SKF a également développé des vis à rouleaux planétaires. Moog aux États-Unis, Ortlieb en Allemagne et Power Jacks au Royaume-Uni ont tous leurs propres vis à rouleaux planétaires matures. Produits ; Exlar aux États-Unis et Rexroth en Allemagne utilisent tous deux des vis à rouleaux planétaires dans leurs actionneurs électromécaniques respectifs. En 2022, les sociétés japonaises et européennes de vis à rouleaux représenteront jusqu'à 90 % du marché chinois. Selon les données du Guanyan Report Network, les quatre principaux fabricants du marché chinois des vis à rouleaux planétaires en 2022 sont Rollvis (Suisse), GSA (Suisse), Ewellix (Suède) et Rexroth (Allemagne), avec des parts de marché de 27 %, 26 %, 13 %, 12 %. Étant donné que les entreprises chinoises ont démarré tardivement dans ce secteur, leur compétitivité est bien inférieure à celle des entreprises des pays développés industriels étrangers.