Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний 

Начало триллионного голубого океана: роботы-люди ведут новую технологию

Роботы-люди, являющиеся результатом глубокой интеграции искусственного интеллекта и высокотехнологичного производства, ведут новую волну научно-технической революции и становятся стратегическим фокусом глобальной технологической конкуренции. Илон Маск предсказал: «В будущем спрос на роботов-людей может превысить 10–20 миллиардов единиц, что значительно превышает количество автомобилей». Согласно анализу третьих сторон, к 2035 году мировой рынок роботов-людей может достичь объёма в 75 миллиардов долларов США, а к 2050 году — превысить отметку в триллион долларов.

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

Роботы-люди должны координировать более 40 суставов, чтобы выполнять сложные действия, такие как ходьба, захват и поддержание равновесия, что предъявляет крайне высокие требования к их силовым и системам управления. В настоящее время ключевыми вызовами для отрасли являются ограниченная продолжительность автономной работы (основные модели работают всего 2–4 часа) и высокая пиковая мощность суставных электродвигателей, достигающая нескольких тысяч ватт. Сохранение стабильного постоянного питания от аккумулятора, точный отклик электродвигателей и оперативное взаимодействие датчиков в условиях динамической эксплуатации стали важными узкими местами, препятствующими переходу роботов-людей из лабораторных условий в коммерческое применение.

Глубокий анализ: архитектура и вызовы тестирования человеческих роботов

Ключевыми компонентами роботов-людей являются приводы суставов (включая электродвигатели, редукторы, датчики и управляющие устройства), аккумуляторы и системы управления энергопотреблением, различные типы датчиков, модули управления движением и т.д., требования к их производительности значительно превышают стандартные промышленные роботы. Необходимо не только высокая плотность мощности в приводах суставов, но и высокая степень интеграции систем восприятия и управления, что создает новые сложности для тестирования и измерений.

Для обеспечения точности, стабильности и безопасности движений робота-человека его ключевое аппаратное обеспечение должно пройти строгие испытания. Например, для актуаторов суставов в стандарте GB/T 43200-2023 «Требования к характеристикам и методам испытаний интегрированных суставов роботов» уже определены показатели производительности и методы тестирования. Ключевая аппаратная архитектура робота-человека представлена на рисунке ниже:

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

• Суставный исполнитель: электродвигатель

Суставные исполнительные механизмы — это «мышцы и суставы» гуманоидных роботов, отвечающие за выполнение различных сложных движений. Ключевыми компонентами являются электродвигатели, редукторы, энкодеры, датчики и серводвигатели.

В качестве примера двигателя основные испытания включают следующие пункты:

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

В роботах-людей диапазон мощности электродвигателей значительно варьируется в зависимости от сферы применения, типичные параметры следующие:
Малые сочленения (пальцы/локти): 10–50 Вт (сервопривод постоянного тока)
Средние шарниры (локти/шея): 50–200 Вт (двигатель с моментом без рамы)
Большие нагрузки на суставы (ноги/поясница): 200–800 Вт (двигатель с высоким крутящим моментом и гармоническими приводами)
Промышленный высокодинамический двигатель: мощность до 1–3 кВт (гидравлический или прямоприводной двигатель)

Тестовое решение

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

• Батарейный блок и система управления батареями (BMS)

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

Аккумуляторы и система управления аккумуляторами (BMS) можно назвать «сердцем и циркуляционной системой» робота, которые должны постоянно вырабатывать стабильную энергию и в реальном времени контролировать состояние элементов, обеспечивая безопасность системы. Номинальное напряжение типичного аккумуляторного блока робота составляет от 48 В до 800 В, что имеет определённые общие черты с технологией электромобилей. Основные параметры тестирования следующие:

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

Тестовое решение

Тестирование системы аккумуляторов роботов-людей сталкивается с рядом сложностей: высокие динамические изменения нагрузки, моделирование различных режимов работы, проверка границ безопасности и т.д. Высокопроизводительные двунаправленные источники питания и имитаторы аккумуляторов позволяют точно воспроизводить различные состояния батарей, удовлетворяя требованиям к системам управления аккумуляторами, модулям питания, испытаниям аккумуляторов и другим сценариям.

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

• Датчик

Система тестирования датчиков отличается сложностью и разнообразием, включая: тестирование высокоскоростной динамической стабильности (проверка способности к отклику в условиях быстрого изменения окружающей среды), синхронное тестирование нескольких датчиков (обеспечение согласованности временных последовательностей данных), а также тестирование экстремальной адаптации к условиям окружающей среды (верификация надежности при экстремальных режимах работы, таких как температура, влажность и вибрации). Общим ядром этих испытаний является использование высокоточных устройств для имитации реальных и даже экстремальных условий эксплуатации, что обеспечивает безопасность процесса тестирования и воспроизводимость результатов.

Тестовое решение

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

• Модуль управления движением

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

Производительность модуля управления движением напрямую определяет согласованность и плавность движения робота. Основные функции управляющего модуля включают тестирование ПМД (для управления скоростью двигателя), обнаружение сигналов ИО (цифровые и дискретные сигналы), а также измерение тока. Модульные приборы и системы тестирования плат становятся важными инструментами для подобных испытаний, поскольку обеспечивают множество функций измерений, удовлетворяя потребности в проверке алгоритмов управления, тестировании целостности сигналов, оценке производительности в реальном времени и других аспектах.

Система тестирования датчиков отличается сложностью и разнообразием, включая: тестирование высокоскоростной динамической стабильности (проверка способности к отклику в условиях быстрого изменения окружающей среды), синхронное тестирование нескольких датчиков (обеспечение согласованности временных последовательностей данных) и тестирование экстремальной адаптации к условиям окружающей среды (верификация надежности при экстремальных режимах работы, таких как температура, влажность и вибрации). Общим ядром этих испытаний является использование высокоточных устройств для имитации реальных и даже экстремальных условий эксплуатации, а также обеспечение безопасного проведения тестирования и воспроизводимости результатов.

Тестовое решение

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

Мы предлагаем модульные приборы серии NXI, включающие карты тестирования с полным функционалом, такие как высокоскоростное цифровое ввод-вывод, мультиплексирование и многоканальное измерение тока, в одном 3U корпусе, что обеспечивает удобство интегрированного управления.

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

Следующий триллионный сегмент: раскрытие архитектуры систем роботов-человек и ключевых испытаний

Компания Shenzhen SCIEO Electronics Co., Ltd. специализируется в области электронных испытаний и измерений, предоставляя клиентам передовые решения для тестирования, высокопроизводительные системы и комплексные сервисные услуги. В ассортименте универсальных испытательных приборов представлены осциллографы, анализаторы логических сигналов, генераторы сигналов, источники переменного/постоянного тока, устройства сбора данных, приборы для измерения переменного/постоянного электрического нагрузки, спектральные анализаторы, приборы проверки безопасности, анализаторы качества электроэнергии, цифровые мультиметры, анализаторы мощности, тепловизоры, приборы измерения сопротивления изоляции и другие. Компания предлагает полный комплекс решений по испытаниям электромагнитной совместимости (ЭМС) и их устранению, профессионально предоставляет самые современные системы тестирования ЭМС, диагностику и защиту от электромагнитных помех (EMI), а также экспертные технические консультации и услуги…