近年來,隨著我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的不斷深入發(fā)展,對(duì)于機(jī)器人高速度、高精度、高負(fù)載自重比等性能的提升受到工業(yè)和航空航天領(lǐng)域的關(guān)注。由于傳統(tǒng)金屬材料機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過程中關(guān)節(jié)和連桿的柔性效應(yīng)的增加,使結(jié)構(gòu)發(fā)生變形從而導(dǎo)致任務(wù)執(zhí)行的精度降低。所以,機(jī)器人機(jī)械臂結(jié)構(gòu)柔性特征必須予以考慮,實(shí)現(xiàn)柔性機(jī)械臂高精度有效控制也必須考慮機(jī)械臂整體材料特性。因此為機(jī)械臂選擇合適的材料是至關(guān)重要的。碳纖維自誕生以來以其高強(qiáng)度、抗腐蝕、抗沖擊、重量輕而聞名遐邇。利用碳纖維復(fù)合材料來作為機(jī)器人機(jī)械臂的整體材料不僅使機(jī)械臂的強(qiáng)度更高而且實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂整體的輕量化,對(duì)于高精度完成任務(wù)有著很大的作用。
輕量化:隨著國(guó)內(nèi)倡導(dǎo)新能源車汽車的發(fā)展,汽車輕量化逐漸為人們所熟知。據(jù)實(shí)驗(yàn)分析使用碳纖維復(fù)合材料的汽車與使用傳統(tǒng)金屬材料的汽車對(duì)比,碳纖維復(fù)合材料汽車的重量會(huì)比傳統(tǒng)金屬材料汽車輕35%-40%。每公里的耗油量可以節(jié)約0.6%-0.8%。從中我們可以看出碳纖維材料的巨大優(yōu)勢(shì)。機(jī)器人機(jī)械臂使用碳纖維復(fù)合材料不僅可以有效解決其柔性問題,而且機(jī)械臂的整體重量會(huì)大大的降低。機(jī)械臂會(huì)變得更加靈活,從而提高機(jī)械臂的工作效率。并且機(jī)械臂輕量化可以更好的降低能源消耗,響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召。
耐腐蝕性:碳纖維復(fù)合材料與傳統(tǒng)金屬材料相比,碳纖維復(fù)合材料對(duì)于酸堿等腐蝕性的化工品有著很強(qiáng)的抗性。碳纖維是在幾千攝氏度高溫石墨化處理形成的,它的結(jié)構(gòu)與石墨晶體的微晶結(jié)構(gòu)類似,這種結(jié)構(gòu)本身就具有很高的耐介質(zhì)腐蝕性,即使在濃度為50%的鹽酸、硫酸或者磷酸中,其彈性模量、強(qiáng)度和物理結(jié)構(gòu)等方面基本保持無變化。因此,作為增強(qiáng)材料來說,碳纖維在耐腐蝕性能方面有足夠的保證。因此面對(duì)一些帶有腐蝕性的化工品任務(wù),我們完全可以用碳纖維材質(zhì)的機(jī)械臂來操作,既充分發(fā)揮其環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性,也能夠保護(hù)工作人員的安全。
可回收:目前成熟的碳纖維基體使用熱固性樹脂,當(dāng)固化交聯(lián)后很難再次提取利用,對(duì)環(huán)境造成較大影響。因此碳纖維回收難是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸之一,也是大規(guī)模應(yīng)用亟需解決的技術(shù)難題。目前國(guó)內(nèi)外大部分回收方法普遍成本較高,難以產(chǎn)業(yè)化。挪恩復(fù)材所用的熱塑性復(fù)合材料完美的解決了熱固性復(fù)合材料產(chǎn)品不可回收的缺點(diǎn),已完成多個(gè)樣品的試制,回收效果良好,具備量產(chǎn)條件。熱塑性復(fù)合材料生產(chǎn)的機(jī)械臂可以重復(fù)回收利用,這樣可以大大降低企業(yè)的成本,即使產(chǎn)品損壞了我們也可以更好的進(jìn)行修補(bǔ)。
強(qiáng)度高:機(jī)械手臂在抓取物品的過程中,強(qiáng)度必須要高,不能出現(xiàn)開裂和應(yīng)變情況,與傳統(tǒng)金屬材料比較,鋁合金的模量介于碳纖維和碳鋼之間,強(qiáng)度低于碳纖維,高于碳鋼,但韌性較低,缺少?gòu)椥裕菀壮霈F(xiàn)應(yīng)急斷裂情況。碳纖維的特點(diǎn)并不只有輕量化,強(qiáng)度更高?,F(xiàn)在碳纖維復(fù)合材料強(qiáng)度在1400MPa左右,而一般的只有600MPa左右,顯然,在比強(qiáng)度上碳纖維要比鋼高出許多。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來看,碳纖維機(jī)械臂是一個(gè)比較好的選擇。雖然目前碳纖維的成本比傳統(tǒng)金屬材料的成本要高很多,但是這種材料的性能是毋庸置疑的,而且碳纖維材料制品也沒有金屬材料易生銹的缺點(diǎn),綜合起來看熱塑性碳纖維復(fù)合材料會(huì)逐漸得到普及。