Kohlefaser-Verbundwerkstoffe VS Leichte Legierungswerkstoffe für Roboterarme

Im Vergleich zum Strukturleichtbau wirkt sich der Materialleichtbau auf Roboter direkter aus. Die Verwendung von Leichtbaumaterialien für Roboter kann dazu beitragen, den Betriebsenergieverbrauch zu senken, die Betriebsgeschwindigkeit zu erhöhen und die Arbeitseffizienz zu verbessern. Darüber hinaus hat ein geringeres Eigengewicht auch offensichtliche Vorteile für den Roboter, um die Bewegungsträgheit zu verringern und die Bewegungsgenauigkeit zu erhöhen. Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen und Kohlefaserverbundwerkstoffe sind allesamt häufig verwendete Leichtbaumaterialien für Roboter. Obwohl die Leichtgewichtseffekte der drei relativ offensichtlich sind, gibt es dennoch gewisse Leistungsunterschiede in bestimmten Anwendungen.

Aluminiumlegierung im Roboterarm

Zusätzlich zu den allgemeinen Eigenschaften von Aluminium weisen verschiedene Arten und Arten von Aluminiumlegierungen aufgrund der Zugabe von Legierungselementen unterschiedliche Leistungsmerkmale auf. Die Dichte der Aluminiumlegierung ist gering, die Festigkeit ist hoch, die spezifische Festigkeit liegt nahe an der von hochlegiertem Stahl, die spezifische Steifigkeit übertrifft die von Stahl, die Gießleistung und die plastische Verarbeitbarkeit sind gut und es ist auch ideal in Bezug auf elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit und kann als Struktur verwendet werden. Materialverbrauch.

Darüber hinaus sind die Anwendungskosten der Aluminiumlegierung relativ niedrig, sodass sie weit verbreitet ist. Seine thermische Stabilität ist jedoch nicht ideal. In einigen extremen Arbeitsumgebungen tritt leicht Kriechen auf. Bei Verwendung in wichtigen Betriebsteilen des Roboters wird die Betriebsgenauigkeit des Roboters beeinträchtigt. Daher eignen sich Aluminiumlegierungsmaterialien eher für Modelle und Lernroboter, nicht jedoch für Gießereien, Brandschutz und andere Branchen.

Magnesiumlegierungen in Roboterarmen

Magnesium ist das leichteste der praktischen Metalle. Sein spezifisches Gewicht beträgt etwa 2/3 von Aluminium und 1/4 von Eisen. Bei Polycarbonat-Verbundwerkstoffen mit 30 Prozent Glasfasern übersteigt die Dichte von Magnesium 10 Prozent nicht. Prozent . Magnesiumlegierungen sind Legierungen aus Magnesium und anderen Elementen. Diese Legierung hat eine geringe Dichte, eine hohe Festigkeit, einen großen Elastizitätsmodul, eine gute Wärmeableitung und Stoßdämpfung, eine größere Schlagbelastbarkeit als Aluminiumlegierungen und eine starke Korrosionsbeständigkeit gegenüber organischen Substanzen und Alkalien.

Die ASIMO-Schale der dritten Generation des japanischen Unternehmens besteht aus einer Magnesiumlegierung, die das Eigengewicht des Roboters stark reduziert. Die Gehgeschwindigkeit wird von ursprünglich 1,6 km/h auf 2,5 km/h erhöht, und die maximale Laufgeschwindigkeit hat 3 km/h erreicht.

Die Festigkeit und Zähigkeit von Magnesiumlegierungen sind jedoch immer noch geringer als die von Stahl und Aluminiumlegierungen, und es gibt immer noch eine Lücke zwischen den Leistungsanforderungen von Robotermaterialien, und es ist unmöglich, Stahl, Aluminiumlegierungen und andere Materialien vollständig zu ersetzen. Aufgrund der Festigkeitsbeschränkung wirkt sich Magnesiumlegierung als Robotermaterial auch direkt auf die Verarbeitungsleistung wie Gießen und Schweißen aus und kann die Anwendungsanforderungen für die Handhabung großer Lasten nicht erfüllen. Es wird im Allgemeinen für leichte Roboterteile wie medizinische Behandlung und Haushaltsführung verwendet.

Kohlefaserverbundwerkstoffe in Roboterarmen

Kohlefaserverbundwerkstoffe haben eine hohe Festigkeit, ein geringes Gewicht, ein geringes Kriechen und die spezifische Festigkeit ist dutzendmal höher als die von Stahl. Zum Beispiel hat Noen Composites eine einziehbare Roboterhülle für den Inspektionsroboter für Stromverteilungsstationen von State Grid maßgeschneidert. Das extrem geringe Gewicht kann den mechanischen Energieverbrauch erheblich reduzieren, die Arbeitszeit verlängern und den Roboter beim Bewegen stabiler und sicherer machen. .

Im Vergleich zu Materialien aus Magnesiumlegierungen und Aluminiumlegierungen sind die Leistungsmerkmale von Kohlefaserverbundwerkstoffen besser für kleine und mittlere Industrieroboter geeignet und können in Umgebungen mit hoher Belastung, hohem Verschleiß und hoher Nutzungshäufigkeit eingesetzt werden. Obwohl seine Anwendungskosten hoch sind, kann sein einzigartiger Leistungsvorteil in zukünftigen intelligenten industriellen Prozessen nicht ignoriert werden.

Kurz gesagt, die Entwicklung von Leichtbaurobotern liegt im Trend. Es gibt viele Arten von Robotern. Unterschiedliche Arbeitsumgebungen und Komponenten an unterschiedlichen Positionen haben unterschiedliche Anforderungen an Materialien. Wir schlagen vor, dass die Auswahl von Robotermaterialien umfassend aus mehreren Perspektiven wie Qualität, Steifigkeit und Bewegungsträgheit betrachtet werden muss. Beispielsweise ist ein Roboterarm ein bewegliches Teil und muss gut kontrolliert werden, daher darf das Material des Roboterarms nicht sperrig sein.

Gleichzeitig muss das Material des Roboterarms eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit aufweisen, um der Belastung standzuhalten, und es darf nicht zu Dehnungen und Brüchen kommen. Kohlefaserverbundwerkstoffe sind hier besser geeignet als Magnesiumlegierungen und Aluminiumlegierungen. Darüber hinaus muss bei der Auswahl und Auswahl gemäß den Arbeitsbedingungen und Gesamtkosten des Roboterarms auf die integrierte Anwendung verschiedener Materialien geachtet werden, damit der Leichtbauwert des Roboterarms effektiv widergespiegelt werden kann.