炭素繊維複合材料VSロボットアーム用軽量合金材料

構造的軽量と比較して、ロボットに対する軽量材料の影響はより直接的です。 ロボットに軽量素材を使用することで、動作エネルギーの消費量を削減し、動作速度を上げ、作業効率を向上させることができます。 さらに、自重が軽いことは、ロボットが運動の慣性を減らし、運動の精度を高めるという明らかな利点もあります。 アルミニウム合金、マグネシウム合金、および炭素繊維複合材料はすべて、ロボットに一般的に使用される軽量材料です。 3つの軽量効果は比較的明白ですが、特定のアプリケーションではパフォーマンスに一定の違いがあります。

ロボットアームのアルミニウム合金

アルミニウムの一般的な特性に加えて、さまざまな種類および種類のアルミニウム合金は、合金元素の添加によりさまざまな性能特性を示します。 アルミニウム合金の密度が小さく、強度が高く、比強度が高合金鋼に近く、比剛性が鋼を上回り、鋳造性能、塑性加工性に優れており、理想的です。導電性、熱伝導性、耐食性、溶接性があり、構造物として使用できます。 材料の使用法。

また、アルミニウム合金の塗布コストは比較的低いため、広く使用されています。 ただし、その熱安定性は理想的ではありません。 一部の極端な作業環境では、クリープが発生しやすくなります。 ロボットの重要な操作部分で使用すると、ロボットの操作精度に影響します。 したがって、アルミニウム合金材料はモデルや教育用ロボットに適していますが、鋳造、防火、その他の産業には適していません。

ロボットアームのマグネシウム合金

マグネシウムは実用的な金属の中で最も軽いものです。 その比重はアルミニウムの約2/3、鉄の1/4です。 30パーセントのガラス繊維を含むポリカーボネート複合材料の場合、マグネシウムの密度は10パーセントを超えません。 パーセント。 マグネシウム合金は、マグネシウムと他の元素で構成される合金です。 この合金は、低密度、高強度、大きな弾性率、優れた熱放散と衝撃吸収、アルミニウム合金よりも優れた衝撃耐荷重、および有機物質とアルカリに対する強力な耐食性を備えています。

日本企業の第3世代ASIMOシェルはマグネシウム合金でできており、ロボットの自重を大幅に軽減します。 歩行速度は時速1.6kmから時速2.5kmに引き上げられ、最高走行速度は時速3kmに達しました。

しかし、マグネシウム合金の強度や靭性は鋼やアルミニウム合金に比べてまだ低く、ロボット材料の性能要件にはまだギャップがあり、鋼やアルミニウム合金などの材料を完全に置き換えることは不可能です。 強度に限界があるため、ロボット材料としてのマグネシウム合金は、鋳造や溶接などの加工性能にも直接影響を及ぼし、大きな負荷処理の用途要件を満たすことができません。 一般的に、医療やハウスキーピングなどの小型ロボット部品に使用されます。

ロボットアームの炭素繊維複合材料

炭素繊維複合材料は、強度が高く、軽量で、クリープが少なく、比強度は鋼の数十倍です。 たとえば、Noen Compositesは、StateGrid配電ステーション検査ロボット用の格納式ロボットシェルをカスタマイズしました。 非常に軽量であるため、機械的エネルギー消費を大幅に削減し、作業時間を延長し、移動時のロボットの安定性と安全性を高めることができます。 。

マグネシウム合金やアルミニウム合金材料と比較して、炭素繊維複合材料の性能特性は、中小規模の産業用ロボットに適しており、高負荷、高摩耗、高使用頻度の環境で使用できます。 そのアプリケーションコストは高いですが、その独自のパフォーマンス上の利点は、将来のインテリジェントな産業プロセスで無視することはできません。

要するに、軽量ロボットの開発がトレンドです。 関係するロボットには多くの種類があります。 さまざまな作業環境とさまざまな位置にあるコンポーネントには、材料に対するさまざまな要件があります。 ロボット材料の選択は、品質、剛性、運動慣性などの複数の観点から包括的に検討する必要があることをお勧めします。 たとえば、ロボットアームは可動部品であり、適切に制御する必要があるため、ロボットアームの材料はかさばらないようにする必要があります。

同時に、ロボットアームの材料は、荷重に耐えるのに十分な強度と剛性を備えている必要があり、ひずみや破損があってはなりません。 この場合、マグネシウム合金やアルミニウム合金よりも炭素繊維複合材料の方が適しています。 また、ロボットアームの使用条件や総合的なコストに応じて選択する場合は、ロボットアームの軽量性を有効に反映させるために、さまざまな材料の総合的な適用に注意を払う必要があります。