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【兆恒机械】碳纤维复合材料与机械手臂选材标准

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  • 添加日期：2022年08月11日
2018年，中国工业机器人的产量已达到了14.8万台（套），在全球产量中占比超过38%。与此同时，服务类机器人产品也日益丰富，逐步深入到家居生活和日常工作的多个方面。

机器人变得更加智能化、精细化，正从搬运、装配等传统应用领域向先进制造、医疗健康、生活服务等领域快速延伸。
机器人的用途不同，组成部分也不同，不同的构件需要采用不同的材料。无锡智上新材料长期为工业/民用机器人提供碳纤维机械臂的定制服务，其发现所有的机械臂在选材时都会考虑到以下三个方面：


1. 机械臂材料必须是轻型的。
机器人的机械臂需要不断重复性地完成设计好的各种动作。作为运动部件，还要有良好的受控性，所以，它必须是轻型材料。机器人机械手臂如果太重，惯量就会随之增大，并直接影响到负载，降低机械臂的自重能有效降低惯量，提升操作速度，
2. 机械臂材料必须是高强度的。
从力学角度说，机械手臂材料首先应是结构材料。无论是哪一种机器人手臂，都应该优先选择强度大的材料。如果机械臂的强度不够，手臂在承受载荷时就容易产生变形和断裂。因此，传统的机械手臂材料往往会选择一些高强度材料，如钢、铸铁、合金钢等。
3.机械臂材料必须对振动有一定抑制性。
除了重量、强度之外，振动也是机械臂选材需要特别重视的条件之一。机械手臂在运动过程中往往会产生振动，这种振动不仅会导致机械臂的弯曲变形，还将大大降低它的运动精度。这对柔性机械臂来说最为明显，由于其质量轻，机械振动过大必然会影响其机械性能。


除此之外，设计、工艺、摸具、装配、液压等也都是机械臂选材时需要考虑到的因素，有些机械臂需要防腐蚀，有些机械臂需要耐高压或耐高温，不同工作场景下的机器人机械臂会对材料有不同的要求。
无锡智上新材认为，机械臂在选择材料时需要对质量、刚度、阻尼进行综合考虑，以便有效地提高机械手臂的动态性能。
碳纤维复合材料具有轻量化、高比模量等特点，其在改善质量、刚度和阻尼特性等方面具有较大优势，而且，其力学性能可以通过设计进行控制和改变，给设计人员提供了发挥空间，尤其是它在振动抑制及精度控制方面具有传统合金材料不可比拟的优势。因此，碳纤维复合材料越来越多地被作为轻量化高性能材料直接应用于机械结构，并为业内认为是制作机械臂的理想材料之一。


随着智能化机器人应用范围的不断扩大，尤其是为了满足一些特殊工作环境中的应用需求，机械臂性能正朝着高效、低耗、轻质、灵便的方向发展。在此情况下，碳纤维复合材料的应用为提高机械臂的操作性、灵活性以及更强大的功能性做出了突出贡献。