Los últimos avances en robótica humanoide no son el resultado de un único salto tecnológico, sino la fusión de hardware y software más asequibles y avanzados. El desarrollo de sistemas de IA, sistemas de control de movimiento y cuerpos de robots juegan roles vitales en el progreso general de los robots humanoides. Los principales actores están invirtiendo fuertemente, con países e industrias brindando diversos grados de apoyo para promover el despliegue a gran escala. Componentes robóticos como los reductores de accionamiento armónico también evolucionan constantemente y logran avances tecnológicos.

Tendencias del mercado de robots humanoides

Según Bank of America Global Research (B of A Global Research), los envíos de robots humanoides experimentarán un fuerte crecimiento en la próxima década. Este crecimiento será impulsado por el aumento de la demanda final debido al envejecimiento de la población y la escasez de mano de obra, mejoras en la tecnología (especialmente IA y control de movimiento) y diseño de productos, menores costos de lista de materiales (BOM) y la expansión de aplicaciones finales. BofA Global Research es optimista sobre la demanda a largo plazo de robots humanoides a medida que comienzan a usarse a gran escala en hogares e industrias de servicios.

B of A Global Research proyecta que los envíos globales de robots humanoides alcanzarán 18,000 unidades para 2025. Para 2030-35, esperan que los envíos anuales alcancen 1 millón de unidades (representando un aumento de 400,000 unidades sobre los niveles de 2025, y ventas globales acumuladas alcanzando 10 millones de unidades). Esto equivale a una Tasa de Crecimiento Anual Compuesto (CAGR) del 88% de 2025 a 2035E.

La diferencia entre robots humanoides e industriales

Los robots industriales generalmente ejecutan procesos y tareas preprogramados basados en algoritmos modulares, buscando precisión estática en escenarios específicos y estandarizados. Los robots humanoides, por el contrario, deben adaptarse a entornos altamente inciertos y abiertos, integrando información multimodal de sensores auditivos y visuales para planificar y ejecutar acciones de forma autónoma. Esto representa una combinación de tecnología de fabricación e IA.

La estructura básica de un robot humanoide

La estructura típica de un robot humanoide se puede dividir en tres capas: el Sistema de IA, el Sistema de Control de Movimiento y el Cuerpo del Robot:

Sistema de Inteligencia Artificial (IA): El "cerebro" del robot humanoide, compuesto principalmente por chips de IA y algoritmos. Responsable del procesamiento de información de alto nivel y la toma de decisiones (descomposición de tareas, comprensión del entorno, razonamiento de modelos, etc.) e interacción humana.

Sistema de Control de Movimiento: El "cerebelo" del robot humanoide, compuesto principalmente por controladores y algoritmos de control de movimiento. Principalmente responsable de la coordinación de movimientos, el equilibrio corporal y la navegación de rutas.

Cuerpo del Robot: Contiene el hardware central para la recopilación de datos ambientales y la ejecución de movimientos, incluyendo el sistema de visión, sistema sensorial, actuadores, manos diestras, sistema de energía y materiales estructurales.

El sistema de control de un robot humanoide tiene dos capas:

El Sistema de Inteligencia Artificial maneja el control de alto nivel (procesamiento de información, toma de decisiones), respaldado por chips de IA y algoritmos.

El Sistema de Control de Movimiento maneja el control de bajo nivel (coordinación de movimientos, equilibrio corporal), respaldado por controladores y algoritmos de control de movimiento.

Chip: Los chips utilizados en robots humanoides incluyen principalmente chips de procesador, chips de control y chips de gestión de bus. Los chips de procesador forman el núcleo del "cerebro" del robot, utilizados principalmente para inferencia de modelos y computación. La tecnología dominante actualmente es una arquitectura de CPU (Unidad Central de Procesamiento) más GPU (Unidad de Procesamiento Gráfico), que también es la más madura.

Algoritmo de Control e IA Encarnada: El algoritmo de control es el núcleo del sistema de control del robot humanoide, permitiendo que el robot perciba su entorno, procese grandes cantidades de datos sensoriales, tome decisiones en tiempo real y ejecute acciones. Los algoritmos de control tradicionales utilizan un diseño jerárquico entre el sistema de IA ("cerebro") y el sistema de control de movimiento ("cerebelo").

Por el contrario, algunas empresas líderes en robots humanoides están adoptando modelos de extremo a extremo. Estos modelos pueden generar comandos de acción directamente a partir de datos sensoriales de entrada (visión, lenguaje, fuerza, etc.), omitiendo pasos intermedios complejos, y son ejecutados por una única red neuronal. En comparación con los métodos jerárquicos, los modelos de extremo a extremo ofrecen capacidades de generalización más fuertes, mayor eficiencia y menores requisitos para la ingeniería de características. Sin embargo, generalmente requieren grandes cantidades de datos de entrenamiento, lo que puede ser un cuello de botella a corto plazo.

Módulo de accionamiento del robot

El sistema de accionamiento es el núcleo del control de movimiento de los robots humanoides. Incluye actuadores eléctricos, electrohidráulicos y neumáticos, que accionan o controlan componentes del sistema convirtiendo energía en movimiento físico. Si bien los actuadores electrohidráulicos ofrecen el par de salida más alto, son más costosos y conllevan el riesgo de fugas de aceite. Los actuadores neumáticos son más baratos pero tienen menor precisión y fuerza de salida. Debido a su alta precisión, rápida respuesta y costo razonable, los actuadores eléctricos se han convertido en la opción principal para robots humanoides.

Los actuadores eléctricos comprenden

Accionamiento servo

Motor servo: típicamente un motor de par sin marco para generar torque.

Sistema de transmisión: reductores armónicos/planetarios (para actuadores rotativos) convierten el torque; tornillos de rodillos planetarios (para actuadores lineales) convierten el movimiento rotativo en lineal.

Sistema de sensado: codificadores y sensores de par/fuerza para recopilar datos del sistema.

Según su función, los actuadores eléctricos se categorizan como rotativos (para articulaciones rotativas como cuello, hombro, muñeca, codo) o lineales (para articulaciones que requieren movimiento lineal como brazos, tobillos, rodillas).

Manos diestras

Las manos diestras son efectores finales clave para que los robots humanoides realicen tareas complejas y delicadas, como recoger objetos pequeños y manipular artículos frágiles. Los diseños actuales de diferentes fabricantes varían de 6 a 42 Grados de Libertad (DoF), en comparación con los 27 DoF de una mano humana. Generalmente, un diseño de mano diestra de 6 DoF puede lograr el 60-70% de la funcionalidad de una mano humana.

Reductor
Un reductor es un dispositivo mecánico utilizado en robots humanoides, robots industriales y máquinas herramienta para reducir la velocidad del motor y aumentar el par de salida. Los tres tipos principales son: reductores planetarios, reductores de accionamiento armónico y reductores RV (Rotary Vector). Actualmente, en diseños principales de robots humanoides, se usan comúnmente reductores armónicos o planetarios para actuadores rotativos.

Tornillos de rodillos planetarios
Los tornillos de rodillos planetarios son componentes mecánicos de alto rendimiento utilizados en actuadores lineales para convertir el par rotativo de un motor servo en movimiento lineal. En comparación con los tornillos de bolas, ofrecen ventajas como mayor vida útil, mayor capacidad de carga, mayor eficiencia de transmisión y mejor rigidez. Por lo tanto, se usan ampliamente en industrias como robótica humanoide, aeroespacial y máquinas herramienta pesadas.

Motor de par sin marco
El motor de par sin marco es un tipo de motor de imán permanente. A diferencia de los motores tradicionales, consta solo de un rotor y un estator, sin carcasa, eje, rodamientos o sistema de retroalimentación. Esto elimina la necesidad de partes de transmisión mecánica como engranajes o ejes, accionando la carga directamente mediante fuerza magnética. Este diseño logra alta densidad de par y rendimiento en una estructura compacta y se usa comúnmente en aplicaciones que requieren alto par y bajo rendimiento de velocidad, como articulaciones robóticas, equipos médicos y sistemas aeroespaciales.

Sistema sensorial
El sistema sensorial de un robot humanoide recopila datos ambientales, enviados al módulo de control de movimiento para ajustar los movimientos del robot. Incluye cámaras, LiDAR (Detección y Alcance de Luz) y varios tipos de sensores. El número de sensores puede variar de 30 a más de 200, dependiendo de las funciones del robot.

Sistema de visión

Un sistema inteligente complejo que utiliza múltiples tipos de cámaras (cámaras estéreo, cámaras de tiempo de vuelo (ToF), cámaras de luz estructurada) y LiDAR para capturar información visual del entorno, mejorando la percepción, navegación y capacidades de control de movimiento del robot.

Sensores de fuerza y par

Los sensores de fuerza miden la fuerza o presión aplicada (principalmente para actuadores lineales), convirtiéndola en una señal eléctrica para medición, control y monitoreo. Los sensores de par miden el par o fuerza rotacional aplicada.

Unidad de Medición Inercial (IMU)

Mide la aceleración, velocidad angular y otros parámetros de movimiento del robot, ayudando al robot a percibir su propia postura, estado de movimiento y mantener el equilibrio. También se usa en electrónica de consumo, automotriz y aeroespacial.

Sensores táctiles

Comúnmente utilizados en las manos diestras de robots humanoides (típicamente 10 sensores por robot, uno por dedo) para medir fuerza y presión entre el sensor y un objeto. Imitan los receptores en los dedos humanos, una parte crucial de la piel humana.

El reductor de accionamiento armónico juega un papel clave aquí

En medio de la demanda explosiva de robots humanoides, los reductores de accionamiento armónico dominan debido a sus ventajas de diseño liviano y alta densidad de par, mientras que los reductores planetarios complementan en escenarios de alta carga. Actualmente, dos rutas técnicas principales - procesos de corte fino de rueda flexible y sustitución de material de rueda rígida - están impulsando actualizaciones iterativas en la tecnología de materiales de reductores. Se estima que la producción en masa a largo plazo de 10 millones de robots humanoides impulsará un mercado de £19.15 mil millones para acero de reductores armónicos, con un potencial mercado de £3.83 mil millones para sustitución de tecnología de acero de corte fino/hierro dúctil. Los reductores de precisión son los componentes centrales de los robots.

Los reductores de accionamiento armónico ofrecen ventajas significativas: tamaño pequeño, peso ligero, gran relación de reducción y alta densidad de par, permitiendo operación eficiente en espacios confinados. También mantienen buen rendimiento bajo condiciones específicas como espacios confinados y entornos de radiación media. Estas características han llevado a su uso generalizado en robótica móvil. En contraste, los reductores planetarios de precisión se usan principalmente en componentes con menores requisitos de precisión, ofreciendo mayor rigidez, mayor vida útil y costos relativamente más bajos. Por lo tanto, en robots humanoides, la combinación de reductores armónicos y planetarios de precisión satisface efectivamente las necesidades de transmisión de potencia de diferentes articulaciones.

El futuro de los robots humanoides

Mayor demanda de personalización

A medida que se expanden los campos de aplicación, surgen nuevos requisitos en diferentes sectores. Las demandas de personalización están aumentando. Los robots logísticos industriales, robots de servicio, robots de rehabilitación médica, robots educativos/de investigación, robots de entretenimiento IP y robots de propósito especial tienen requisitos de diseño distintos. Por ejemplo, los robots de propósito especial necesitan operar en entornos hostiles, los robots educativos demandan alta relación costo-efectividad, los robots de servicio se centran en actualizar capacidades de interacción, y los robots logísticos requieren alta flexibilidad de acción. HONPINE se compromete a proporcionar soluciones para diversos fabricantes y desarrolladores de robots.

Control de costos más estricto

El desarrollo de robots humanoides es fundamentalmente una contienda de capital, que finalmente busca retornos de inversiones pesadas. Fabricantes de automóviles, empresas de dispositivos móviles, firmas de software y otros se han unido a la industria. La competencia entre proveedores de robots humanoides se volverá la norma.

Modularización e instalación rápida

A medida que las funciones de los robots se actualizan continuamente, la capacidad de ensamblar robots rápidamente para llevar nuevas características al mercado rápidamente es un factor competitivo clave. Muchos clientes compran directamente módulos de articulaciones de robots preintegrados. Un módulo de articulación típico consiste en un reductor (generalmente un reductor armónico de precisión), un accionamiento, un codificador absoluto, un freno, un motor de par sin marco, un codificador incremental y el ensamblaje integrado de la articulación. Comprar módulos en lugar de piezas individuales reduce costos de adquisición, acorta el tiempo de instalación y acelera I+D.

Cómo elegir un proveedor de piezas de robot

Elegir un proveedor con fuertes capacidades de I+D es crucial para una colaboración técnica efectiva uno a uno. HONPINE asigna soporte técnico dedicado a cada cliente, brindando servicio personalizado desde selección de modelos y guía de instalación postventa hasta detalles como orientación de sellado de grasa para reductores armónicos. Muchos clientes dicen que HONPINE es como su socio confiable. A lo largo del desarrollo de robots humanoides, cuando surgen desafíos relacionados con transmisión de precisión, siempre estamos listos para ayudar a resolverlos. Esto juega un papel clave en acelerar plazos de desarrollo y reducir costos de I+D.

HONPINE se especializa en equipos de transmisión de precisión, incluyendo reductores armónicos, reductores planetarios, módulos de articulaciones robóticas, actuadores rotativos para robots y reductores RV. Como empresa integrada que maneja ventas, producción e I+D, hemos proporcionado soluciones de transmisión de precisión a más de 200,000 empresas desde 2018. Ofrecemos orientación personalizada y establecemos grupos de comunicación técnica dedicados para cada proyecto. Servicio eficiente y productos rentables son las razones por las que muchos clientes nos eligen y mantienen asociaciones a largo plazo.