碳纤维在机器人手臂中的应用优势分析
江苏博实科技：机器人作为产业先驱，随着基础工业、制造工艺的进步，工业机器人将朝着智能、高效、灵便以及更加标准化、模块化、系统化等方向发展。一直以来，“轻量化”都是碳纤维复合材料应用较鲜明的标签，随着智能机械化在全球工业领域内所发挥的作用越来越突出,碳纤维也为新一代工业机器人的发展带来了更多的发展空间。
对工业机器人来说，承载能力、自重、刚性、运动惯性、位置精度等是材料选择的几个重要指标，这几项要求看起来是相互矛盾的，因为刚性好、载重大往往就意味着结构粗大、导向杆多，这必然会增加手臂的自重；如果运动惯量增加的话，冲击力就会变大，位置精度必然就会降低。机械手从启动到制动的运动速度对其工作的平稳性有直接影响，手臂的自重越轻，运动的惯性越小，运转起来就越轻快平稳，较终的位置精度也就越高。传统机械臂的制作材料-铝的密度为2.7g/cm3，钢的密度为7.8g/cm3，而碳纤维仅有1.7g/cm3，博实曾为某企业研制一款碳纤维机械手臂，整体机械臂总重仅有3kg，整体重量比传统材质机械臂减重约50%以上。
除了轻量化，机械手臂的刚性直接影响到抓取工件时动作的平稳性、运动的速度和定位的精度。材料自身的刚性不够就会引起手臂在垂直平面内的弯曲变形或是水平面内侧向的扭转变形，手臂就会随之产生振动，甚至是造成工件卡死。在以往常用的工程机械选材中，在对重量和尺寸大小有限制的情况下选择高强度材料；零部件在静应力情况下工作，拉伸、压缩以及剪切等应力均匀分布时应选择有较高屈服要求的材料；零部件在变应力情况下工作，则应选择有较高疲劳强度的材料。碳纤维复合材料的抗拉强度约为1400MPa，是钢材的数倍，在弹性模量和承载能力方面都比传统的金属材料更具优势，对高强度的操作频率有适应能力。
另外，从经济的角度来考虑，在保证机器人手臂的使用性能的前提下，尽可能选择价格相对低廉的材料，保证机械手臂生产过程的总成本最低，提升机器人在市场上的竞争力。表面上看似碳纤维原材料比铝合金要贵很多，但是在具体应用中，从原材料到成型，这其中的加工成本所占的成本比例更大。并且经过努力，江苏博实碳纤维的技术人员也针对碳纤维机械臂产品进行优化升级，目前几乎可以把两者之间的价格差缩减到相差无几。此外，还要对机械臂的后期使用过程中的维修费用加以考虑。综合多方面因素，碳纤维可以使机器人的综合经济效益最大化。
目前很多工业机器人机械臂都存在明显的减重需求，碳纤维复合材料应用在机械臂产品中减重效果明显，并且碳纤维的存在可以让机械臂在长期的运行中保持优秀的性能。在大规模生产背景下，碳纤维复合材料的大量应用将为工业机器人带来更安全的性能和更高的工作效率，将有效降低生产成本、节约能源。
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