工业机器人的普及改变了以往的生产经营模式,帮助生产制造实现自动化,提高工业生产效率。金属材质作为机械臂常用材料,其自重大、惯性大、重复精度差、不耐酸碱腐蚀等情况,为了解决上述问题,需要采用轻质量高强度并且适应性强的材料。碳纤维复合材料属于质轻高强的非金属材料,可用于机械臂的制作。
近年来,工业机器人轻量化受到越来越多的关注,在满足工业机器人高速高精度运转要求同时,轻量化对于提高工业机器人性能和减少能耗有着非常重要的意义。碳纤维复合材料属于轻质化材料,可用于工业机器人机械臂的制作。
德国的KUKA公司曾于1973研制了第一台采用六轴电机驱动的工业机器人,该公司生产的码垛机器人在世界范围内享有很高的知名度。其开发的控制系统,通过规划和设置后使MTBF(平均故障间隔时间)有了大幅的提高,延长了使用寿命。为提高机械臂的机械性能及抗震能力,KR 100-2PA和KR 180PA两款机器人采用碳纤维复合材料进行制作,从而达到减轻重量、增大扭力、提高韧性的目的。
韩国先进科学技术研究院机械工程系的Young Goo Kim从改善机器人强度和阻尼出发对某六轴机器人进行改进设计,采用碳纤维复合材料制造了机械臂的第三节臂,从而实现了机器人轻量化的同时有效提高了动态性能和可操控性。
我国某智能装备公司设计出一款T轴碳纤维高速桁架机器人,用来进行全钢轮胎生产搬运,该款机器人中的Z轴滑块矩形管采用的是碳纤维复合材料。之前的金属桁架机械手载荷不超过180kg,最大输送速度为2.5m/s左右,效率低,使用寿命短。因碳纤维材料的拉伸强度、拉伸模量、比强度、比模量均优于钢、铝合金、钛合金、玻璃纤维,其机械性能、力学性能皆优于其它材料,且密度很小、质量较轻,可以为高速运转的机器人提供更高的载荷能力和更快的运转速度。
虽然国内对于碳纤维机械臂的研究起步要晚于日欧等发达国家,但是随着国家政策的扶持和市场领域的扩大,越来越多优秀的企业开始进驻到工业机器人手臂的制造中,江苏博实碳纤维科技有限公司是一家位于南京的碳纤维制品定制企业,可接受碳纤维机械臂的来图定制,目前与多家研究院所以及智能设备企业保持着长期合作关系。