Materiały kompozytowe z włókna węglowego VS Lekkie materiały stopowe do ramion robotycznych
W porównaniu z lekką konstrukcją, wpływ lekkiego materiału na roboty jest bardziej bezpośredni. Zastosowanie lekkich materiałów w robotach może pomóc w zmniejszeniu zużycia energii podczas pracy, zwiększeniu szybkości działania i poprawie wydajności pracy. Ponadto mniejszy ciężar własny ma również oczywiste zalety dla robota, ponieważ zmniejsza bezwładność ruchu i zwiększa dokładność ruchu. Stop aluminium, stop magnezu i materiały kompozytowe z włókna węglowego są powszechnie stosowanymi lekkimi materiałami w robotach. Chociaż lekkie efekty tych trzech są stosunkowo oczywiste, nadal istnieją pewne różnice w wydajności w określonych zastosowaniach.
Stop aluminium w ramieniu robota
Oprócz posiadania ogólnych właściwości aluminium, różne typy i rodzaje stopów aluminium wykazują różne właściwości użytkowe dzięki dodatkowi pierwiastków stopowych. Gęstość stopu aluminium jest niewielka, wytrzymałość jest wysoka, wytrzymałość właściwa jest zbliżona do wytrzymałości stali wysokostopowej, sztywność właściwa przewyższa sztywność stali, wydajność odlewania i urabialność plastyczna są dobre, a także są idealne pod względem przewodność elektryczną, przewodność cieplną, odporność na korozję i spawalność i może być stosowana jako konstrukcja. zużycie materiału.
Co więcej, koszt aplikacji stopu aluminium jest stosunkowo niski, dzięki czemu jest szeroko stosowany. Jednak jego stabilność termiczna nie jest idealna. W niektórych ekstremalnych środowiskach pracy może wystąpić pełzanie. W przypadku użycia w ważnych częściach operacyjnych robota, wpłynie to na dokładność działania robota. Dlatego materiały ze stopów aluminium są bardziej odpowiednie dla modeli i robotów edukacyjnych, ale nie dla odlewni, ochrony przeciwpożarowej i innych branż.
Stopy magnezu w ramionach robotów
Magnez to najlżejszy z praktycznych metali. Jego ciężar właściwy wynosi około 2/3 aluminium i 1/4 żelaza. W przypadku kompozytów poliwęglanowych zawierających 30 proc. włókna szklanego gęstość magnezu nie przekracza 10 proc. procent . Stopy magnezu to stopy składające się z magnezu i innych pierwiastków. Stop ten ma niską gęstość, wysoką wytrzymałość, duży moduł sprężystości, dobre odprowadzanie ciepła i amortyzację, większą odporność na uderzenia niż stop aluminium oraz silną odporność na korozję na substancje organiczne i zasady.
Obudowa ASIMO trzeciej generacji japońskiej firmy wykonana jest ze stopu magnezu, co znacznie zmniejsza ciężar własny robota. Prędkość chodzenia została zwiększona z początkowego 1,6 km/h do 2,5 km/h, a maksymalna prędkość biegu osiągnęła 3 km/h.
Jednak wytrzymałość i twardość stopów magnezu jest nadal niższa niż stali i stopów aluminium i nadal istnieje luka między wymaganiami dotyczącymi wydajności materiałów robotów i nie jest możliwe całkowite zastąpienie stali, stopów aluminium i innych materiałów. Ze względu na ograniczenia wytrzymałości stop magnezu jako materiał robota ma również bezpośredni wpływ na jego wydajność przetwarzania, taką jak odlewanie i spawanie, i nie może spełnić wymagań aplikacji związanych z obsługą dużych ładunków. Jest zwykle używany do lekkich części robotów, takich jak opieka medyczna i sprzątanie.
Kompozyty z włókna węglowego w ramionach robotów
Materiały kompozytowe z włókna węglowego mają wysoką wytrzymałość, lekkość, niskie pełzanie, a wytrzymałość właściwa jest dziesiątki razy większa niż w przypadku stali. Na przykład firma Noen Composites wykonała na zamówienie wysuwaną powłokę robota dla robota kontrolnego stacji rozdzielczej State Grid. Niezwykle lekka waga może znacznie zmniejszyć zużycie energii mechanicznej, wydłużyć czas pracy i sprawić, że robot będzie bardziej stabilny i bezpieczny podczas ruchu. .
W porównaniu ze stopami magnezu i stopami aluminium, właściwości eksploatacyjne materiałów kompozytowych z włókna węglowego są bardziej odpowiednie dla małych i średnich robotów przemysłowych i mogą służyć w środowiskach o dużym obciążeniu, wysokim zużyciu i wysokiej częstotliwości użytkowania. Chociaż koszt jego zastosowania jest wysoki, jego wyjątkowej przewagi wydajnościowej nie można zignorować w przyszłym inteligentnym procesie przemysłowym.
Krótko mówiąc, trendem jest rozwój lekkich robotów. W grę wchodzi wiele rodzajów robotów. Różne środowiska pracy i komponenty w różnych pozycjach mają różne wymagania dotyczące materiałów. Sugerujemy, aby dobór materiałów dla robotów był wszechstronnie rozważany z wielu perspektyw, takich jak jakość, sztywność i bezwładność ruchu. Na przykład ramię robota jest częścią ruchomą i musi być dobrze kontrolowane, więc materiał, z którego wykonane jest ramię robota, nie może być nieporęczny.
Jednocześnie materiał ramienia robota musi mieć wystarczającą wytrzymałość i sztywność, aby wytrzymać obciążenie, a także nie może występować naprężeń ani pęknięć. W tym przypadku materiały kompozytowe z włókna węglowego są bardziej odpowiednie niż stopy magnezu i stopy aluminium. Ponadto przy wyborze i wyborze odpowiednio do warunków pracy i kompleksowego kosztu ramienia robota należy zwrócić uwagę na zintegrowane zastosowanie różnych materiałów, tak aby można było skutecznie odzwierciedlić lekką wartość ramienia robota.
