SMM

Năm 2025 được coi là năm đầu tiên của quá trình sản xuất hàng loạt robot nhân tạo, với sự tăng tốc của quy trình công nghiệp toàn cầu: Tesla có kế hoạch sản xuất 10.000 đơn vị Optimus mỗi năm, trong khi Zhiyuan Robotics của Trung Quốc đã đạt được sản xuất hàng loạt hàng nghìn đơn vị và đang hướng tới thương mại hóa vào năm 2025. Dự án hợp tác giữa Seres và Huawei cũng dự kiến sẽ bước vào giai đoạn sản xuất hàng loạt vào cuối năm nay... Trong làn sóng này, bàn tay khéo léo, là vật mang trọng tâm cho robot nhân tạo tương tác với môi trường, đã trở thành chìa khóa cho những đột phá công nghệ.

Không giống như các kẹp chuyên dụng của robot công nghiệp truyền thống, robot nhân tạo cần phải đối phó với các kịch bản ứng dụng phức tạp và luôn thay đổi, đòi hỏi các bộ truyền động của chúng phải có cả tính đa năng và tính linh hoạt cao. Việc hiện thực hóa khả năng này phần lớn phụ thuộc vào việc điều khiển chính xác của bàn tay khéo léo - các giải pháp điều khiển điện đã trở thành lựa chọn chính thống do hiệu quả và khả năng điều khiển của chúng. Trong số đó, động cơ không lõi nổi bật với kích thước nhỏ và mật độ công suất cao, trở thành "khớp nối lõi" của bàn tay khéo léo. Lấy Optimus của Tesla làm ví dụ, mỗi bàn tay khéo léo cần được trang bị 6 động cơ, với 2 động cơ không lõi cho khớp ngón tay cái và 1 động cơ không lõi cho mỗi 4 ngón tay còn lại. Nếu cả hai tay đều được trang bị bàn tay khéo léo như vậy, tổng cộng cần 12 động cơ không lõi để điều khiển khớp.

Bài viết này sẽ tập trung vào lĩnh vực tăng trưởng cao này, cung cấp phân tích sâu sắc về thành phần chính của robot nhân tạo - động cơ không lõi - và khám phá các rào cản công nghệ và cơ hội công nghiệp của nó.

Phần cứng lõi của robot nhân tạo bao gồm các bộ truyền động tuyến tính, bộ truyền động quay, cảm biến, bàn tay khéo léo, v.v., trong đó bàn tay khéo léo là bộ truyền động chính cho robot tương tác với môi trường, với ngưỡng công nghệ cao. Không giống như các kẹp chuyên dụng của robot công nghiệp truyền thống, bàn tay khéo léo cần phải có nhiều bậc tự do, độ chính xác cao và khả năng phản ứng nhanh, trực tiếp thúc đẩy ứng dụng động cơ không lõi. Theo MIR Industry Research, động cơ không lõi chiếm khoảng 6,7% giá trị phần cứng của robot nhân tạo.

Động cơ không lõi không phải là sản phẩm được sản xuất đặc biệt cho robot nhân tạo; lịch sử phát triển của chúng sớm hơn nhiều so với robot nhân tạo. Công nghệ cơ bản của động cơ không lõi có thể bắt nguồn từ năm 1958, khi kỹ sư người Đức Tiến sĩ F. Faulhaber phát triển công nghệ cuộn dây xoắn lệch, đánh dấu sự ra đời của công nghệ động cơ không lõi.

Do có hiệu suất vượt trội, các sản phẩm động cơ không lõi có nhiều ứng dụng hạ nguồn, ban đầu được sử dụng trong các ngành công nghiệp tiên tiến như hàng không vũ trụ và quân sự. Trong những năm gần đây, các lĩnh vực ứng dụng của chúng đã dần mở rộng sang thị trường dân dụng, bao gồm các thiết bị y tế, thiết bị điện tử tiêu dùng, dụng cụ điện, tự động hóa công nghiệp, robot và các kịch bản khác. Hiện tại, tỷ lệ robot nhân tạo trong lĩnh vực ứng dụng động cơ không lõi vẫn còn tương đối nhỏ. Trong tương lai, với việc Tesla và nhiều nhà sản xuất robot nhân tạo trong nước sản xuất sản phẩm quy mô lớn, động cơ không lõi cũng sẽ mở ra triển vọng ứng dụng rộng lớn và nhu cầu thị trường.

Động cơ không lõi có giá tương đối cao, với rào cản chính nằm ở công nghệ cuộn dây tự chịu lực. Các điểm chính để đạt được cuộn dây tự chịu lực như sau:

1. Thiết kế quy trình cuộn dây: Các phương pháp cuộn dây khác nhau quyết định hiệu suất động cơ.

• Cuộn dây tuyến tính:Quy trình phức tạp, đòi hỏi nhiều lần cuộn dây và phù hợp với các cấu trúc cuộn dây có số vòng quấn ít hơn và chiều dài dài hơn.

• Cuộn dây xoắn lệch (ví dụ: Faulhaber của Đức):Định hình một lần tự động, với tỷ lệ đạt tiêu chuẩn cao và độ phẳng tốt.

• Cuộn dây đồng tâm (ví dụ: Maxon của Thụy Sĩ):Mật độ công suất cao hơn và hiệu suất tốt hơn.

2. Thiết bị cuộn dây: Thiết bị cao cấp vẫn do châu Âu, Mỹ và Nhật Bản thống trị. Mặc dù các nhà sản xuất trong nước đã đột phá một số công nghệ, nhưng vẫn còn khoảng cách trong việc cuộn dây công suất lớn và cấu trúc phức tạp.Ví dụ, Zhongte Technology đã phát triển và sản xuất nhiều thiết bị cuộn dây tự động và bán tự động, nhưng nguyên lý cuộn dây của máy cuộn dây không lõi hai trục tự động hoàn toàn của công ty vẫn thuộc về phương pháp sản xuất kiểu cuộn. Qinlian Technology là một trong số ít các nhà sản xuất máy cuộn dây không lõi trong nước áp dụng công nghệ sản xuất định hình một lần. Tuy nhiên, máy cuộn dây của nó chỉ có thể cuộn các cuộn dây có kích thước tương đối nhỏ, đường kính dây mỏng và hình dạng đơn giản, không thể đáp ứng yêu cầu của động cơ không lõi công suất lớn.

Từ góc độ kỹ thuật, động cơ không lõi có thể được chia thành hai loại: động cơ có chổi than và động cơ không chổi than. Trong cấu trúc của chúng, rotor của động cơ không lõi có chổi than không có lõi sắt, trong khi stator của động cơ không lõi không chổi than không có lõi sắt.Động cơ không lõi không chổi than phù hợp cho robot nhân tạo. Cấu trúc của nó phức tạp hơn và chi phí cao hơn so với động cơ không lõi có chổi than được sử dụng trong các thiết bị gia dụng và đồ chơi nhỏ, và cũng có tiềm năng lớn hơn cho sự thay thế trong nước.

Động cơ không lõi không chổi than không có chổi than hoặc bộ chuyển mạch. Chúng chủ yếu thực hiện chuyển đổi năng lượng điện thông qua các bộ chuyển đổi điện tử, tự động điều chỉnh hướng dòng điện dựa trên vị trí rotor, đạt được hoạt động không có tia lửa, về cơ bản không có tổn thất ma sát và kéo dài tuổi thọ của động cơ. Tuổi thọ của động cơ không chổi than gấp hơn ba lần so với động cơ có chổi than. Điều quan trọng là, chúng có kích thước nhỏ hơn và trọng lượng nhẹ hơn, phù hợp với xu hướng phát triển của robot. Do quy trình sản xuất phức tạp hơn và nguyên liệu thô nhiều hơn, chi phí của chúng cũng cao hơn đáng kể so với động cơ có chổi than.

Trên toàn cầu, các doanh nghiệp hàng đầu như Maxon của Thụy Sĩ, Faulhaber của Đức và Portescap của Thụy Sĩ từ lâu đã chiếm thị phần cao trong lĩnh vực động cơ không lõi. Trong khi đó, các nhà sản xuất trong nước cũng đang đẩy mạnh sự hiện diện của mình trong lĩnh vực này, chẳng hạn như Moons' Industries, Dingzhi Technology, Zhaowei Electromechanical, Leadshine Technology, Sanhua Intelligent Controls, Weichuang Electric, Topband và Hichuan Technology.

Hiện nay, ngành công nghiệp robot nhân tạo đang ở giai đoạn quan trọng của việc xác định ứng dụng sản phẩm. Rất nhiều nhà sản xuất đã tung ra các nguyên mẫu và tiến hành nhiều thử nghiệm khác nhau trong nỗ lực khám phá hình thức tối ưu để áp dụng robot nhân tạo có thể mở rộng và phổ biến. Trong quá trình này, các công ty động cơ không lõi cung cấp trực tiếp cho các nhà sản xuất robot nhân tạo này có thể nhận được phản hồi ứng dụng trực tiếp. Điều này cho phép họ kịp thời điều chỉnh hướng nghiên cứu và phát triển cũng như tối ưu hóa sản phẩm của mình. Tận dụng nền tảng vững chắc được xây dựng thông qua nghiên cứu và phát triển chung ban đầu và trao đổi kỹ thuật với khách hàng, các công ty động cơ không lõi này đã sẵn sàng trở thành nhà cung cấp được chỉ định sau khi robot nhân tạo được sản xuất hàng loạt, từ đó đạt được lợi thế tiên phong trong thị trường động cơ không lõi rộng lớn trong tương lai.

Được thành lập vào năm 1994, Moons' Industries là một nhà sản xuất toàn diện trong lĩnh vực điều khiển chuyển động, với nhiều năm kinh nghiệm trong công nghệ động cơ, nắm vững khả năng nghiên cứu và phát triển (R&D) lõi, ổ đĩa và sản xuất. Năm 2024, công ty đạt doanh thu hoạt động 2,4 tỷ nhân dân tệ, giảm 4,99% so với cùng kỳ năm trước.

Theo dữ liệu từ trang web chính thức của Moons' Industries, đường kính ngoài nhỏ nhất có thể đạt được của động cơ không chổi than không rãnh (không lõi không chổi than) là 10mm, với các mẫu bổ sung có đường kính từ 13mm đến 30mm. Động cơ không lõi của công ty sử dụng công nghệ cuộn dây không lõi độc quyền đã được cấp bằng sáng chế, một thiết kế đặc biệt mang lại mô-men xoắn cao, độ bền xoắn cao và tiếng ồn thấp, cho phép vận hành tốc độ cao và thấp mượt mà hơn, điều khiển chính xác hơn, hiệu quả cao hơn và mật độ công suất cao hơn. Dữ liệu báo cáo thường niên cho thấynăm 2024, doanh nghiệp kinh doanh động cơ không chổi than của Moons' Industries đã tạo ra tổng doanh thu hoạt động 219,51 triệu nhân dân tệ, tăng 31% so với cùng kỳ năm trước.

Được thành lập vào năm 2008, Dingzhi Technology chủ yếu sản xuất bộ truyền động tuyến tính, động cơ bước lai, động cơ DC, động cơ cuộn dây thanh âm và các thành phần của chúng, phục vụ khách hàng hạ nguồn trong các lĩnh vực thiết bị y tế, tự động hóa công nghiệp và các lĩnh vực sản xuất khác. Doanh thu cả năm 2024 của công ty đạt 224 triệu nhân dân tệ, giảm 20,80% so với cùng kỳ năm trước.

Theo báo cáo tài chính năm 2024, Dingzhi Technology đã hoàn thành việc phát triển loạt động cơ không lõi có đường kính từ 6mm đến 42mm, kết hợp với hộp số hành tinh chính xác 6mm-42mm, được thiết kế cho các nhu cầu tự động hóa công nghiệp khác nhau. Những sản phẩm này có đặc điểm tiếng ồn thấp, tuổi thọ cao và độ chính xác cao, phù hợp cho tay khéo léo, công tắc cửa, dụng cụ điện, thiết bị nha khoa, v.v., và đã được cung cấp cho khách hàng, đáp ứng các yêu cầu tùy chỉnh.

Được thành lập vào năm 2001, Zhaowei Electromechanical chủ yếu tham gia vào R&D, sản xuất và bán các hệ thống truyền động và ổ đĩa vi mô. Sản phẩm của công ty được ứng dụng trên nhiều lĩnh vực, bao gồm xe thông minh, công nghệ tiêu dùng và y tế, sản xuất công nghiệp tiên tiến và thông minh, và robot. Năm 2024, công ty đạt doanh thu hoạt động 1,525 tỷ nhân dân tệ, tăng 26,42% so với cùng kỳ năm trước.

Theo báo cáo tài chính năm 2024, Zhaowei Electromechanical đã hoàn thành việc xây dựng nền tảng tuần tự hóa cho động cơ không lõi không chổi than, với tất cả các động cơ tuần tự hóa đều đạt được sản xuất hàng loạt. Động cơ không chổi than không lõi 4mm đã vượt qua các thách thức kỹ thuật và bước vào giai đoạn sản xuất quy mô nhỏ. Trong tương lai, trọng tâm sẽ là phát triển các sản phẩm 4 cực cho động cơ không chổi than không lõi để nâng cao hiệu suất sản phẩm.