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【兆恒機械】碳纖維復合材料與機械手臂選材標準

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  • 添加(jia)日(ri)期(qi)：2022年(nian)08月11日(ri)
2018年，中國(guo)工(gong)業機器人的產(chan)量已(yi)達到了14.8萬臺（套），在全球產(chan)量中占比超過38%。與此同時，服(fu)務類機器人產(chan)品也日益豐富，逐(zhu)步深入到家(jia)居生活(huo)和日常工(gong)作的多(duo)個方面。

機器人(ren)變得(de)更加智能化、精細化，正從(cong)搬運、裝配等(deng)傳統(tong)應用(yong)領(ling)域向先(xian)進(jin)制(zhi)造、醫療健康、生(sheng)活(huo)服務等(deng)領(ling)域快速延伸。
機器人(ren)的(de)用(yong)途不(bu)同，組成部分也(ye)不(bu)同，不(bu)同的(de)構件(jian)需(xu)要采用(yong)不(bu)同的(de)材料(liao)。無(wu)錫智上新材(cai)料長(chang)期為工業/民用機(ji)器人(ren)提供碳(tan)纖維機(ji)械(xie)臂(bei)的定制服務，其(qi)發現所有(you)的機(ji)械(xie)臂(bei)在選材(cai)時都會考慮到以下三個方面：


1. 機械臂材料(liao)必(bi)須(xu)是輕型(xing)的。
機器人(ren)的機械臂需要不斷重復性地(di)完(wan)成設計好的各(ge)種(zhong)動作。作(zuo)為運動(dong)部件，還要有(you)良好(hao)的受控性(xing)，所以(yi)，它必須是輕型材(cai)料。機(ji)器(qi)人機(ji)械手臂(bei)如果太重(zhong)，慣量(liang)就會隨(sui)之增大，并直接(jie)影響到負載，降低(di)機(ji)械臂(bei)的自(zi)重(zhong)能有效降低(di)慣量(liang)，提(ti)升操作速度，
2. 機械臂材料必(bi)須是高強度的。
從(cong)力學角度(du)說，機(ji)械手臂材料首(shou)先應是結構(gou)材料。無論是哪(na)一種機器(qi)人手臂(bei)，都(dou)應(ying)該優先(xian)選擇強度大(da)的(de)材(cai)料。如(ru)果機械(xie)臂(bei)的強度不夠(gou)，手臂(bei)在承受載荷時(shi)就容易(yi)產(chan)生變(bian)形和斷(duan)裂。因此(ci)，傳統的(de)機械手臂(bei)材料往往會選(xuan)擇(ze)一些(xie)高(gao)強度材料，如(ru)鋼、鑄(zhu)鐵、合金鋼等(deng)。
3.機械臂材料必須對振(zhen)動有一定(ding)抑(yi)制性。
除了重(zhong)量、強度之(zhi)外，振(zhen)動也是機(ji)械(xie)臂(bei)選材需要特別重(zhong)視的條件之(zhi)一。機(ji)械(xie)手臂在(zai)運動過程中(zhong)往往會產生振動，這(zhe)種振動不僅會導致機(ji)械(xie)臂的(de)彎曲(qu)變形，還將大大降低(di)它的(de)運動精度。這對柔性(xing)機械(xie)臂來(lai)說最為明顯，由于其質量輕，機械(xie)振動過大必(bi)然會影(ying)響其機械(xie)性(xing)能。


除(chu)此之外，設計(ji)、工藝(yi)、摸具、裝配、液壓(ya)等(deng)也都是機(ji)械臂(bei)選材(cai)時需要(yao)考慮(lv)到(dao)的(de)因素，有些機(ji)械臂(bei)需要(yao)防(fang)腐蝕，有些機(ji)械臂(bei)需要(yao)耐(nai)高壓(ya)或耐(nai)高溫，不同(tong)工作場景下的(de)機(ji)器(qi)人機(ji)械臂(bei)會(hui)對材(cai)料有不同(tong)的(de)要(yao)求。
無錫智上(shang)新(xin)材認(ren)為，機械(xie)臂(bei)在選擇材料(liao)時需要(yao)對(dui)質量、剛度、阻尼進(jin)行綜合(he)考慮，以便有效(xiao)地提高機械(xie)手臂(bei)的動態性(xing)能(neng)。
碳纖維復合材料(liao)具(ju)有輕量化、高比模量等特點(dian)，其在(zai)改善質(zhi)量、剛度(du)和(he)阻尼特性(xing)等方面(mian)具(ju)有較大(da)優(you)勢，而且，其力學性(xing)能可以通過設計進行(xing)控制和(he)改變，給設計人(ren)員(yuan)提供了發揮空間，尤其是它在(zai)振動抑制及精度(du)控制方面(mian)具(ju)有傳(chuan)統合金材料(liao)不可比擬的優(you)勢。因此，碳(tan)纖維復(fu)合材料(liao)越來越多(duo)地被(bei)作(zuo)為(wei)輕量化高(gao)性能(neng)材料(liao)直接應用于(yu)機(ji)(ji)械結構，并為(wei)業(ye)內認為(wei)是制作(zuo)機(ji)(ji)械臂的理想材料(liao)之一。


隨著(zhu)智能(neng)化機器人應用(yong)范圍的(de)不斷擴大，尤其是為了滿足一(yi)些特殊工作環境中的(de)應用(yong)需求，機械臂性能(neng)正(zheng)朝(chao)著(zhu)高效、低耗、輕質、靈便的(de)方向發展。在此情況下，碳纖(xian)維復合(he)材料的(de)應(ying)用為(wei)提(ti)高機械臂的(de)操作性、靈活性以及(ji)更強(qiang)大的(de)功能(neng)性做出了突(tu)出貢(gong)獻。