目前，機(jī)械手臂在工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)治療、娛樂(lè)服務(wù)、軍事、半導(dǎo)體制造以及太空探索等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的機(jī)械臂多是采用金屬材質(zhì)，例如鋁合金、鋼。此外，一些自動(dòng)檢測(cè)裝置、管路、冷卻裝置等也都會(huì)安裝在機(jī)械臂上，由于機(jī)械臂是一個(gè)典型的懸臂梁結(jié)構(gòu)，自身的質(zhì)量會(huì)嚴(yán)重影響金屬機(jī)械手臂的定位精度和運(yùn)行效率。
碳纖維是一種強(qiáng)度高、重量輕的高性能纖維，其比重比鋁還輕，不到鋼的1/4，比強(qiáng)度是鐵的20倍?？估瓘?qiáng)度在鋼的7-9倍以上，耐酸堿腐蝕，且不易變形，能夠長(zhǎng)期適應(yīng)惡劣環(huán)境。利用碳纖維復(fù)合材料制成的機(jī)械手臂能夠很好地彌補(bǔ)金屬手臂存在的缺陷。
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。
機(jī)械臂不僅要承受自身重量，還需要承擔(dān)抓取工件的最大重量，這就需要機(jī)械臂在承受載荷時(shí)不能出現(xiàn)應(yīng)變和斷裂的情況。從抗拉強(qiáng)度方面來(lái)看，碳纖維復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度為2000MPa，鋁合金的抗拉強(qiáng)度約為800MPa；在韌性方面，鋁合金的韌性比較低缺乏彈性，碳纖維由于具備紡織纖維的柔軟可加工性，所以韌性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋁合金，并且碳纖維材質(zhì)也更不容易發(fā)生斷裂。
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。例如江蘇博實(shí)研發(fā)生產(chǎn)的某款碳纖維機(jī)械臂，總長(zhǎng)1500mm，寬150mm，壁厚5mm，整只機(jī)械臂的總重量只有5kg而已，這種輕量化效果對(duì)工業(yè)機(jī)器人的操作精度具有明顯的改善。
隨著碳纖維的生產(chǎn)和制造技術(shù)的不斷發(fā)展，在國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人制造中，碳纖維在機(jī)械臂上的應(yīng)用也越來(lái)越普及。除了一些在航空領(lǐng)域的大型碳纖維機(jī)械臂，生活中的一些中小型機(jī)械臂上也開(kāi)始出現(xiàn)碳纖維材質(zhì)。
文章來(lái)源：博實(shí)碳纖維
原標(biāo)題：《【行業(yè)動(dòng)態(tài)】碳纖維機(jī)械臂可否替代傳統(tǒng)金屬材料機(jī)械臂？》
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