一直以來(lái)，“輕量化”都是碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用較鮮明的標(biāo)簽，隨著智能機(jī)械化在全球工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)所發(fā)揮的作用越來(lái)越突出,碳纖維也為新一代工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展帶來(lái)了更多的發(fā)展空間。近日，英國(guó)謝菲爾德大學(xué)先進(jìn)制造研究中心(AMRC)推出了世界上較早的可重構(gòu)的碳纖維復(fù)合材料機(jī)器人機(jī)床。

該碳纖維復(fù)合材料機(jī)器人項(xiàng)目是AMRC“未來(lái)飛行器工廠”項(xiàng)目的一部分，也是由英國(guó)政府航空技術(shù)研究所支持，并聯(lián)合了空客、并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)制造商Exechon共同開發(fā)的一個(gè)新型輕量化和模塊化版本。

AMRC的案例代表了工業(yè)機(jī)器人與新材料領(lǐng)域融合所達(dá)到的新高度，目前國(guó)內(nèi)外的工業(yè)機(jī)器人制造中，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用趨勢(shì)愈發(fā)明顯。

君彰科技是國(guó)內(nèi)一家專注碳纖維領(lǐng)域的企業(yè)，為客戶提供定制研發(fā)碳纖維機(jī)械臂產(chǎn)品，根據(jù)君彰的負(fù)責(zé)人介紹，從一般的三軸、四軸、直角坐標(biāo)類機(jī)器人到多關(guān)節(jié)類機(jī)器人，從機(jī)械連桿、臂管到機(jī)械關(guān)節(jié)，使用碳纖維復(fù)合材料制作機(jī)器人零部件的比例越大越高，工業(yè)機(jī)器人對(duì)高強(qiáng)度輕質(zhì)化材料的需求與汽車制造產(chǎn)業(yè)同樣強(qiáng)烈。

對(duì)工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，提高負(fù)載與自重比是新材料所要肩負(fù)的主要任務(wù)。承載能力、自重、剛性、運(yùn)動(dòng)慣性、位置精度等等是工業(yè)機(jī)器人對(duì)材料選擇的幾個(gè)重要指標(biāo)，這幾項(xiàng)要求看起來(lái)是相互矛盾的，因?yàn)閯傂院?、載重大往往就意味著結(jié)構(gòu)粗大、導(dǎo)向桿多，這必然會(huì)增加手臂的自重。

如果運(yùn)動(dòng)慣量增加的話，沖擊力就會(huì)變大，位置精度必然就會(huì)降低。因此，在工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)機(jī)械手的抓取重量、自由度、工作范圍、運(yùn)動(dòng)速度、機(jī)械的整體布局、工作環(huán)境等多種因素進(jìn)行綜合考慮，越多地使用碳纖維復(fù)合材料，就能越好地解決上述的需求矛盾。

手臂的剛性直接影響到抓取工件時(shí)動(dòng)作的平穩(wěn)性、運(yùn)動(dòng)的速度和定位的精度。材料自身的剛性不夠就會(huì)引起手臂在垂直平面內(nèi)的彎曲變形或是水平面內(nèi)側(cè)向的扭轉(zhuǎn)變形，手臂就會(huì)隨之產(chǎn)生振動(dòng)，甚至是造成工件卡死。碳纖維復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度約為1400MPa，是鋼材的數(shù)倍，在彈性模量和承載能力方面都比傳統(tǒng)的金屬材料更具優(yōu)勢(shì)，對(duì)高強(qiáng)度的操作頻率有適應(yīng)能力。

機(jī)械手從啟動(dòng)到制動(dòng)的運(yùn)動(dòng)速度對(duì)其工作的平穩(wěn)性有直接影響，手臂的自重越輕，運(yùn)動(dòng)的慣性越小，運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)就越輕快平穩(wěn)，較終的位置精度也就越高。君彰生產(chǎn)的碳纖維機(jī)械臂重量比普通金屬材質(zhì)更輕，節(jié)能高效，輕量化效果對(duì)工業(yè)機(jī)器人的操作精度具有明顯的改善。