De toepassing van materialen van magnesiumlegering in lichtgewicht robots

1. De ontwikkelings- en toepassingsstatus van robots

Naarmate de ontwikkeling van robots zich verder ontwikkelt, is de toepassing van robots uitgebreid van de vroegste industriële gebieden naar medische en gezondheidsdiensten, levensdiensten, ruimte- en oceaanexploratie, leger en entertainment, enz. Robotica zal niet alleen de maakindustrie naar een nieuwe stadium, maar zal ook de snelle ontwikkeling van niet-fabricerende automatiseringstechnologie inluiden.

Op dit moment zorgen de Verenigde Staten, Japan, Europa, Zuid-Korea en andere industriële grootmachten voor doorbraken in robottechnologie en bevorderen ze de ontwikkeling van de robotica-industrie op een belangrijke strategische positie in de ontwikkeling van wetenschap en technologie in alle landen. In "Made in China 2025" beschouwt China "high-end CNC-bewerkingsmachines en robots" ook als een van de 10 belangrijkste ontwikkelingsgebieden en stelt het voor "zich te concentreren op industriële robots, specialiteiten, zoals auto's, machines, elektronica, gevaarlijke goederen productie, nationale defensie, militaire, chemische en lichte industrieën. 

De toepassingsbehoeften van robots, evenals servicerobots zoals medische en gezondheidszorg, thuisdiensten, onderwijs en entertainment, actief onderzoek doen naar en nieuwe producten ontwikkelen, en de standaardisatie en modulaire ontwikkeling van robots bevorderen." De "Nationale middellange en lange termijn Science and Technology Development Program Outline (2006-2020)" beschouwt servicerobots ook duidelijk als een strategische hightechprioriteit voor toekomstige ontwikkeling, en stelt voor "zich te concentreren op de toepassingsvereisten van servicerobots, onderzoeksontwerpmethoden, productieprocessen en intelligente besturing. Gemeenschappelijke basistechnologieën zoals integratie met applicatiesystemen" [5]. 

Op dit moment is de gemiddelde dichtheid van industriële robots die in de wereldproductie worden gebruikt 55 eenheden per 10,000 werknemers, terwijl de dichtheid van industriële robots in China slechts 36 eenheden per 10,000 werknemers is. Gezien de bovenstaande achtergrond is "machinevervanging" de algemene trend geworden. In Guangzhou, de vertegenwoordiger van de maakindustrie in de Pearl River Delta, heeft de regering voorgesteld dat tegen 2020 meer dan 80% van de productiebedrijven in de stad industriële robots en intelligente apparatuur zou moeten gebruiken.

Naast dat het veel wordt gebruikt in processen zoals: stempelen, lassen en geautomatiseerde assemblagelijnen in de maakindustrie, kunnen robots ook worden gebruikt om traditionele handmatige taken zoals slijpen, complex lassen en polijsten te vervangen. Apple gebruikt twee elektronische KUKA-robots om het uiterlijk van de Mac Pro twee keer te polijsten om een ​​spiegelend oppervlak te produceren. 

Nadat het uitwendige polijsten is voltooid, zal de robot ook de binnenkant van de Mac Pro-schaal polijsten, zoals weergegeven in afbeelding 1. Lasrobots hebben een uiterst belangrijke rol gespeeld bij de hoogwaardige en efficiënte productie van romplassen en transformeren geleidelijk naar automatisering . Zuid-Korea heeft een op PDA gebaseerde mobiele scheepslasrobot Rail Runner geadopteerd, die de gesloten structuur van een dubbelwandig schip kan binnengaan dat moet worden gelast, en werken in de ruwe lasomgeving van giftig gas en hoge temperaturen, in plaats van handmatig automatisch lassen. 

PTJ is een uitgebreide hightech onderneming die steunt op de technische achtergrond van de Chinese Academie van Wetenschappen en zich richt op de optimalisatie van het ontwerp van intelligente robotonderdelen, productie en verkoop in binnen- en buitenland. Het bedrijfsteam is opgericht in 2010 en zet zich al lang in voor de verwerking van zeer nauwkeurige, moeilijk vervormbare en gemakkelijk vervormbare metalen en plastic onderdelen, en de kleine en middelgrote productie en fabricage van lichte legeringen en composietmaterialen (zoals zoals magnesium-lithiumlegering, magnesium-aluminiumlegering, koolstofvezel, enz.) onderdelen. En inkoop van robotonderdelen en maatwerkservices.

Ook de toepassing van robots in niet-verwerkende industrieën wordt steeds diverser. Amazon heeft in zijn distributiecentrum meer dan 15,000 Kiva-robots op wielen uitgerust om magazijnautomatisering te realiseren, zoals weergegeven in figuur 3. Deze robots bewegen snel en stil. Nadat ze digitale instructies hebben ontvangen die draadloos worden verzonden door de centrale computer, scannen ze de streepjescodelabels op de grond om er doorheen te lopen, glijden ze onder de planken en sturen ze ze naar de plukkers. De door Japan ontwikkelde onderwaterrobot R2D4 heeft een maximale duikdiepte van 4000 meter, kan autonoom gegevens verzamelen en kan worden ingezet voor onderzeese vulkanen, scheepswrakken en minerale afzettingen. 

De CR-01 en CR-02 series van voorgeprogrammeerde en gecontroleerde onderwaterrobots, in samenwerking met Rusland door het Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, hebben een maximale duikdiepte van 6000 m en hebben het onderzoek van de Stille Oceaan voltooid . Op het gebied van ruimterobots zal Robonaut, een robot ontwikkeld door NASA in de Verenigde Staten, astronauten vervangen bij extravehicular werk, en zijn reactiesnelheid is sneller dan die van mensen, en past zich aan onvoorziene noodsituaties aan.

Op dit moment is China een vergrijzende samenleving ingegaan, en de problemen van medische zorg, revalidatie en hulp aan gehandicapten, veroorzaakt door de vergrijzende bevolkingsstructuur, hebben ook geleid tot een enorme economische en financiële druk op de hele samenleving. Chirurgische robots vertegenwoordigd door da Vinci-robots vertegenwoordigen het hoogste niveau van de huidige medische robots en tonen ook de brede toepassingsmogelijkheden van medische robots. 

Exoskelet-robots hebben ook hun voordelen bewezen bij het helpen van ouderen en gehandicapten bij het lopen. Toepassingspotentieel. Op het gebied van medische robots gebruiken veel ziekenhuizen, zoals het Southwest Hospital in mijn land, capsule-endoscopierobots in plaats van traditionele gastroscopen voor gastro-intestinale onderzoeken. De robot is slechts zo groot als een capsule. Nadat de patiënt oraal is ingenomen, kan de arts de binnenkant van het spijsverteringskanaal 360 ° bekijken via het scherm, en het onderzoek kan in ongeveer 15 minuten worden voltooid, wat niet alleen de patiënt comfortabeler maakt, maar de wegwerpcapsule voorkomt ook kruisinfectie en is hygiënischer en veiliger. . 

Op het gebied van robots voor ouderen kan de Robot Suit HAL, een exoskeletrobot van Cyberdyne uit Japan, patiënten met loopproblemen helpen om te revalideren en is ook geschikt om ouderen te helpen bij het lopen. De robot kan de drager helpen bij het voltooien van staan, lopen, grijpen en tillen van zware voorwerpen, enz. Actie en de continue werktijd kan 280 minuten bedragen.

2. Robotmaterialen en hun lichtgewichttrends

Op dit moment zijn verschillende soorten metalen materialen de eerste keuze van materialen voor verschillende structurele onderdelen van robots, zoals gietijzer, gelegeerd staal, roestvrij staal, aluminiumlegering en titaniumlegering. De eerste overweging bij het ontwerp en het gebruik van professionele robots die worden vertegenwoordigd door traditionele industriële robots, is dat ze voldoende sterkte moeten hebben. Daarom zijn de meeste van hun structurele onderdelen gemaakt van verschillende soorten gietijzer, gelegeerd staal en andere materialen, en sommige onderdelen zijn gemaakt van aluminiumlegeringen en composietmaterialen. Wacht.

Rekening houdend met de hoge eisen van de detectie- en reddingsrobot voor het verminderen van zijn eigen gewicht, snelle en stabiele beweging, enz., Na vervanging van het 45 # staal door vlasvezel, natuurlijke vezelversterkte thermoplastische harsmatrix of thermohardend harscomposietmateriaal om de belangrijkste lichaam van de detectierobot, de massa van het hoofdlichaam wordt teruggebracht tot 45 kg, wat 190.5 kg minder is dan de oorspronkelijke carrosseriemassa, en het gewichtsreductiepercentage is zo hoog als 80.9%. Robots voor thuisservice stellen iets lagere eisen aan materiaalsterkte, maar meer aan robotgewicht of draagbaarheid. Daarom maakt de basisstructuur van servicerobots meestal gebruik van materialen van aluminiumlegeringen. Zo is de armstructuur van een servicerobot voor ouderen gemaakt van 7075 aluminiumlegering. 

Het lichtgewicht ontwerp van de arm wordt gerealiseerd door de structuur te optimaliseren en de prestatie-eisen zijn gegarandeerd. Als vertegenwoordiger van gehandicapte robots stellen exoskelet-robots hogere eisen aan gewichtsvermindering en draagbaarheid. De EKSO (Figuur 5) exoskeletrobot gebruikt bijvoorbeeld aluminium en titaniumlegering als mechanische structuur, en het totale gewicht is slechts ongeveer 23 kg. De PRMI autonome, gewichtsverlagende exoskelet-robot voor de onderste ledematen van de University of Electronic Science and Technology van mijn land is ook gemaakt van een aluminiumlegering.

Kortom, om te voldoen aan de behoeften van meer lichtgewicht, hoogrenderende en gemakkelijke bediening van robots, zijn lichtgewicht robots de toekomstige ontwikkelingstrend. Naast lichtgewicht constructief ontwerp zijn lichtgewicht materialen belangrijker. Vergeleken met de lichtgewicht constructie zorgt het lichtgewicht materiaal ervoor dat de robot een groter potentieel heeft voor gewichtsvermindering en een breder scala aan toepassingen.

3.De toepassingsvoordelen van lichtgewicht magnesiummaterialen op robots:

De metalen materialen die de robot kan kiezen, zijn voornamelijk staal, aluminiumlegering, magnesiumlegering, titaniumlegering, enz. Aangezien de dichtheid van staalmaterialen zo hoog is als 7.8 g/cm3, hoewel een klein aantal bewegende delen van de robot titanium gebruikt legeringsmaterialen (4.5 g/cm3) of aluminiumlegeringsmaterialen (2.7 g/cm3) in plaats van staalmaterialen, is de dichtheid van titaniumlegeringen nog steeds relatief hoog. Hoog en duur, de dichtheid van aluminiumlegering is ook hoger dan die van magnesiumlegering.

Als het lichtste metalen constructiemateriaal heeft magnesium of magnesiumlegering een dichtheid van 2/3 van die van aluminium, wat minder is dan 1/4 van die van staal. Voor polycarbonaatcomposieten die 30% glasvezel bevatten, overschrijdt de dichtheid van magnesium de 10% niet. Bovendien zijn de ijzer- en aluminiumreserves van mijn land slechts goed voor 18.7% en 2.3% van de wereldproporties, maar de magnesiumertsbronnen van mijn land zijn de rijkste ter wereld en de toepassing van magnesiummaterialen heeft unieke hulpbronnenvoordelen. Daarom hebben materialen van magnesium en magnesiumlegeringen aanzienlijke voordelen bij het verminderen van het gewicht, het verbeteren van de manoeuvreerbaarheid van de robot en het uithoudingsvermogen vanwege hun lichte gewicht en hoge specifieke sterkte. Ze zijn een van de meest ideale materialen voor het vervaardigen van robots.

Het lichtgewicht van robotmaterialen kan de manoeuvreerbaarheid aanzienlijk verbeteren en de werkefficiëntie verhogen, waarbij de voordelen van robots worden benadrukt bij het verminderen van bewegingsinertie, het verbeteren van de werksnelheid en bewegingsnauwkeurigheid. De ASIMO van de derde generatie (Figuur 6) van de Japanse Honda Company is gemaakt van een lichtgewicht legering en de schaal is gemaakt van een magnesiumlegering. Dit vermindert het eigen gewicht van de robot aanzienlijk en de loopsnelheid wordt verhoogd van 1.6 km/u naar 2.5. km/h, de maximale loopsnelheid bereikte 3 km/h.

Hoewel materialen van magnesiumlegeringen aanvankelijk zijn toegepast in robots, is een van de belangrijke knelpunten die de toepassing van materialen van magnesiumlegeringen op het gebied van robotonderdelen beperken, nog steeds dat de sterkte en taaiheid van bestaande soorten magnesiumlegeringen lager is dan die van staal en aluminium legeringen. Er is nog steeds een leemte in de prestatie-eisen van robotmaterialen en het is onmogelijk om staal, aluminiumlegeringen en andere materialen volledig te vervangen. Daarom is de ontwikkeling van hoogwaardige magnesiumlegeringen en hun vorm- en verwerkingstechnologieën voor het vervaardigen van robotonderdelen van groot belang voor het verminderen van de kwaliteit van bewegende robotonderdelen, het verbeteren van de nauwkeurigheid van beweging en het bereiken van energiebesparing.

In oktober 2015 lanceerde de Beijing University of Technology het "Big Scientific Research Advancement Program-Intelligent Robots" als reactie op de huidige onderzoeksstatus en ontwikkelingsvooruitzichten op het gebied van robotica. Naast de belangrijkste gemeenschappelijke sleuteltechnologieën, sleutelcomponenten, complete machine-R&D en geïntegreerde toepassingen van intelligente robots, richt het programma zich op het onderzoek. Een opmerkelijk kenmerk is dat het de "lichtgewicht materialen voor robots" benadrukt die worden vertegenwoordigd door materialen van magnesiumlegeringen. sleuteltechnologieonderzoek". 

Het "grote onderzoeksvooruitgangsplan" vertrouwt al meer dan tien jaar op de voordelen van het R&D-team en het R&D-platform van de School of Materials Science and Technology van de Beijing University of Technology op het gebied van lichte magnesiumlegeringsmaterialen, en maakt gebruik van hoogwaardig magnesium zoals zoals Mg-Zn-Er, Mg-Gd-Er-Zr, enz. Gebaseerd op de onderzoeksresultaten van het ontwerp van legeringsmateriaal, fijne structuurcontrole, plastic vormingsmechanisme, enz., gericht op de behoeften van medische robots met hoge toegevoegde waarde en huishoudelijke robots in termen van lichtgewicht materiaal, en het ontwikkelen van nieuwe zeer sterke en zeer taaie magnesiumlegeringsmaterialen als doel om hoogwaardige onderdelen van magnesiumlegeringen te ontwikkelen die worden gebruikt in huishoudelijke dienstrobots zoals medisch / huishouden, enz., Focus op de lichtgewicht van dergelijke robotarmen en andere bewegende delen, en realiseer geleidelijk de algehele gewichtsvermindering van robots voor thuisservice.

In de context van de maakindustrie van mijn land die geconfronteerd wordt met industriële modernisering en de transformatie van de vergrijzende samenleving, zal in de komende tien of zelfs decennia de vraag naar traditionele industriële robots en nieuwe huishoudelijke dienstrobots blijven stijgen, en het toepassingspotentieel van de robotmarkt is zeer aanzienlijk. De toepassing van lichtgewicht legeringsmaterialen vertegenwoordigd door magnesiumlegeringen in robots heeft de voordelen dat de manoeuvreerbaarheid van robots aanzienlijk wordt verbeterd, het energieverbruik wordt verminderd en de standby-tijd wordt verlengd. Het is een van de belangrijke richtingen van robotonderzoek en -ontwikkeling.

Link naar dit artikel： De toepassing van materialen van magnesiumlegering in lichtgewicht robots

Reprint Statement: Als er geen speciale instructies zijn, zijn alle artikelen op deze site origineel. Vermeld de bron voor herdruk: https://www.cncmachiningptj.com/，thanks！

PTJ® biedt een volledig assortiment op maat gemaakte precisie cnc-bewerkingscentrum China diensten.ISO 9001:2015 &AS-9100 gecertificeerd. 3, 4 en 5-assige snelle precisie CNC-bewerking diensten inclusief frezen, draaien volgens klantspecificaties, geschikt voor metalen en kunststof bewerkte onderdelen met een tolerantie van +/- 0.005 mm. Secundaire diensten omvatten CNC en conventioneel slijpen, boren,spuitgieten,plaatmetaal en stempelen.Prototypes, volledige productieruns, technische ondersteuning en volledige inspectie bieden automotive, ruimte, schimmel en armatuur, led-verlichting,medisch, fiets en consument elektronica industrieën. Op tijd geleverd. Vertel ons iets over het budget en de verwachte levertijd van uw project. We zullen samen met u een strategie bedenken om de meest kosteneffectieve services te bieden om u te helpen uw doel te bereiken, welkom om contact met ons op te nemen ( verkoop@pintejin.com ) direct voor uw nieuwe project.