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机器人碳纤维手臂轻量化新材料

所属分类:行业动态 | 浏览次数:0 | 发布日期:2017-02-27 15:32:56

        机器人手臂轻量化的途径有两个,一是通过对结构的优化,减少零件个数,在保证性能的前提下减重,二是采用轻量化材料代替传统的钢、铸铁以及铝合金。在新型的轻质材料中,碳纤维以其独特的优势脱颖而出,使用碳纤维制造机器人手臂,不仅可以减轻重量、减小运动惯性,还可以降低能耗,节约资源。
 
        材料的选择将直接影响到产品的性能,工业机器人材料选择的基本要求有以下几点:
 
  1、新材料需保证原有作业范围不变,对机器人手臂原有的自由度不产生任何影响,且相对运动的零件之间有足够的预留空间。
 
  2、机械臂工作时所受的力复杂,需保证新材料能在各种复杂状况下稳定运行。
 
  3、零件都是有使用年限的,考虑到机器人手臂在使用过程中可能需要调试,其材料结构应该方便拆装。
 
  4、机器人手臂已经大规模批量生产和应用了,所以在选材时,还要考虑成本的问题。
 
  5、外观上面,对机器人手臂的设计应考虑简洁美观,这对提高市场竞争力很有帮助。
 
  碳纤维机器人手臂的优势:
 
  制造机器人的手臂传统材料钢材,密度为7.85g/cm^3 ,抗拉强度在300~600MPa左右,铝金属,密度为2.7g/cm^3,抗抗拉强度110~136MPa左右。钢的重量重,而铝金属强度低。和这两种材料相比,碳纤维具非常有优势,比强度高、比刚度大,力学性能可通过设计进行控制改变,温度变形极微,外形美观,它的密度只有1.5~2.0g/cm^3,抗拉强度在3000MP以上,伸长率为0.7%。一个一米长的铝结构机器人臂杆,在室温变化12℃的环境里,杆件变化0.13mm,这将大大影响机器人的精度。而使用高模量的碳纤维复合材料,如果优化设计纤维的铺层和方向,可达到近似零热变形的设计效果,这是普通金属材料无法做到的。

  碳纤维机器人手臂的应用:

 
  将碳纤维材料应用于机械臂实现轻量化的研究早在上个世纪就开始了,在过去的几十年里,无数学者以及科研团队对此研究、设计和优化。例如Je Hoon Oh等人为减少液晶显示屏搬运机器人自重,提高搬运机器人精度,使用碳纤维/环氧树脂复合材料制造机械手,与铝机械臂对比,静态性能提升95%的同时自重减少50%。德国库卡公司的碳纤维码垛机器人,在大幅减重的同时保持强度刚度,降低能耗的同时提升安全性。
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