碳纖維機器人手臂設計需要考慮的要素有哪些?

  江蘇博實科技:機器人作為產業先驅,隨著基礎工業、制造工藝的進步,碳纖維生產材料的輕質性且能耗低等特性,以及與傳感技術、智能技術、虛擬現實技術、網絡技術等的深度融合。并且碳纖維具備優異的力學性能,是目前已大量生產的高性能纖維中具有最高比模量和最高的比強度的纖維,除此之外,碳纖維還具有耐腐蝕、抗疲勞、熱膨脹系數低等優勢,目前,越來越多的碳纖維機械臂開始應用到實際應用中。
 
  在機械臂的輕量化中,碳纖維扮演了重要的角色。傳統的機械臂多是采用金屬材質,例如鋁合金、鋼,此外,一些自動檢測裝置、管路、冷卻裝置等也都會安裝在機械臂上,由于機械臂是一個典型的懸臂梁結構,自身的質量對機械臂本身會產生很大的影響,所以如果想要實現在滿足靜、動態性能的同時,還減小機械臂質量,可以通過選擇合適的結構和選擇密度輕的材料來實現機械臂的輕量化。
  工業機器人在實際使用的過程中,不同結構、不同位置、不同工種對機械臂的材質要求并不相同。碳纖維材料雖然優勢突出,但是并不是適用于機器人的每個部位,在設計中應該與其他種類的材料協調使用,以達到最佳效果。比如,機器人關節處需要承受高運轉的工作負荷,并且磨損大、應力大,使用碳纖維復合材料可以實現輕量化,從而減少因自重產生的磨損,并且可以滿足應用需求。在承重要求不高的部件可以采用蜂窩或者是中空結構,同時可以實現輕量化和強度需求。
  碳纖維復合材料強度很大,但其軸向抗拉強度大,縱向上卻較容易撕裂,所以必須通過相應的應力計算才能使其具有更好的可靠性和安全性。另外,科學的計算有利于提高碳纖維復合材料在機器人應用中的價值。在定制設計中,博實碳纖維會針對碳纖維機械臂強度等方面的需求進行有限元分析,不僅能夠滿足客戶的特殊需求,并且可以提升碳纖維復合材料零件的市場競爭力和占有率。
 
  博實認為,不同的成型工藝對碳纖維制品的影響是直接體現的,所以在制造的過程中,對碳纖維預浸料的鋪層設計進行優化,可以達到近似“0”的熱變形效果,可以顯著降低碳纖維機械臂的變形率,提高整體的性能。根據權威機構提供的實驗數據,同是100cm長度的鋁合金機械臂零件與碳纖維機械臂零件,在室溫12℃中放置相同時間,最終鋁合金機械臂零件變化0.13mm,而碳纖維則無變化,這對操作要求十分精準的機械臂來說尤為重要。
  碳纖維復合材料在機器人的投入使用,不僅為解決了工業機器人輕量化和強度需求的平衡難題,也為碳纖維復合材料在智能化機械中的應用提供了新的思路。碳纖維復合材料的在其他領域應用也將愈加廣泛。
 
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