У забігу, щоб побудувати більш енергоефективні промислові роботи, інженери відвертаються від традиційних сталевих і алюмінієвих каркасів. Наступне покоління автоматизації вимагає легких конструкцій, які можуть швидко прискорити, обробляти більш високі навантаження, і працювати з більшою точністю. Цей зсув є електричним хвилями сучасних матеріалів - вуглецевих волокон, арамідних волокон, гібридних ламінатів, які забезпечують виняткову міцність без вагової штрафу. Ці матеріали не тільки незбільшувальні поліпшення; вони перезбавляють, які роботи можуть досягати на заводному поверсі.

Чому Промислові робототехніки в промислових роботах

Кожна кілограм каркасної маси накладається на пряму вартість на продуктивність. Вініри рам вимагають більших двигунів, міцних приводів і більше енергії для переміщення. Вони також обмежують прискорення і демонтаж, уповільнює час циклу. У додатках, як пік-мін, збірка, і обробка матеріалів, навіть 10% скорочення маси може поліпшити пропускну здатність на 15-20%. Більш легкі кадри також зменшують навантаження на суглоби і підшипники, простягаючи інтервали технічного обслуговування і знижуючи загальну вартість володіння. Натискаючи на світлоробні роботи, тому не просто про матеріали, - це про практичні наростки в продуктивності і прибутковості.

За межами швидкості, більш компактні роботи, більш компактні роботи, що працюють. Колегаційні роботи (коботи), які працюють поряд з людською допомогою, отримують їм безпечніше при виникненні зіткнення. Для важкодоступних роботів кожен кілограм, поголені руки, дозволяє більшої потужності корисного навантаження, щоб використовуватися для фактичної роботи. Ці захоплення переваг пояснює, чому інноваційні матеріали стали стратегічним пріоритетом для постачальників автоматизації.

Контролери вуглецевого волокна: новий стандарт для високоефективних каркасів

Вуглецеві полімери (CFRP) виявляються як провідна альтернатива металу в легковагих роботах. З коефіцієнтом міцності в довагі приблизно в п'ять разів, що сталі і двічі, що з алюмінію, вуглецевого волокна дозволяє дизайнерам створювати жорсткі, вібраційні конструкції, які різко світліші. У типовому промисловому шестиосьовому роботі, замінюючи алюмінієву передпліччя з вуглецевим волокнам, еквівалентну може зменшити масу на 40-50% при збереженні або навіть поліпшеній жорсткості.

Виготовлення авансів Придбання

Раннє прийняття вуглецевого волокна в робототехніки обмежувалося високими матеріальними витратами і повільними методами виготовлення, такими як ручне укладання і автоклавне вилікування. Сьогодні автоматизоване розміщення волокон (AFP) і смоли передачі цвіль (RTM) значно скорочуються виробничі терміни і витрати. Попередньо просочені однопрямі стрічки і ткані тканини тепер доступні з послідовними механічними властивостями, придатними для серійного виробництва. Виробники роботів, такі як FANUC і ABB почали пропонувати вуглецеві волокна на вибір моделей, і стартапи, як Automata, використовують CFRP для побудови надлегальних настільних роботів.

Практичні питання

Вуглецеве волокно не є заміною крапельного металу. Дизайнери повинні враховуватися для анізотропних властивостей - міцність варіюється в залежності від орієнтації волокна. Спільні інтерфейси вимагають металевих вставок або гібридного закріплення, щоб запобігти подрібненню під болтами. Відмінності теплового розширення між вуглецевими і металевими частинами можуть викликати проблеми вирівнювання в високоточних додатках. Незважаючи на ці проблеми, продуктивність набирає достатньо, що більшість нових робочих платформ включають принаймні деякі компоненти вуглецевого волокна.

Порівняльна посилання: Компостенти Світу: Carbon Fiber в робототехнікі

Арамідні волокна (Kevlar, Nomex) для опору удару

В той час як вуглецеве волокно виділяється жорсткості, арамідні волокна, такі як Kevlar, приносить унікальну міцність на роботи каркасів. Висока міцність і поглинання енергії Kevlar роблять його ідеальним для компонентів, які можуть відчувати впливи або високі циклічні навантаження - наприклад, ендоефективні кріплення, зап'ясті корпусу і захисні шроуди. У співборативних роботах арамідно-реінфіковані конструкції можуть витримати випадковості зіткнення без катастрофічної недостатності, поліпшення показників безпеки.

Гібридні Ламіни: Комбінація кращих як

Багато запущених рам тепер використовують гібридні ламінати, які шар вуглецевого волокна з арамідними або скляними волокнами. Наприклад, трубка з вуглецевого волокна може мати внутрішній шар Kevlar для боротьби з тріщиною розмноження, а зовнішні вуглецеві волокна забезпечують вигинання жорсткості. Ці гібриди використовуються в роботі для харчової промисловості і фармацевтики, де хімічна стійкість і міцність є важливою як вагові економії.

Пон Кевлар Промислові робототехніки

Металеві кладки Композиції та магнієві сплави

Не всі матеріали легковаговики є полімери. Металеві матричні композити (MMCs) такі як алюміній, армовані частинками карбіду кремнію пропонують жорсткість, порівняні з сталлю на третину ваги. Ці матеріали вже використовуються в аерокосмічному просторі і тепер знаходять застосування в швидкісних роботах зброї, де критично критично критично критично критично критично критично критично критично виражені теплопровідності і зносостійкості. Магній сплави, хоча рідше, забезпечують найнижчу щільність конструкційних металів, приблизно в 35% світліше, ніж алюміній, і оцінюється для роботи з низьким завантаженням, де рівень чутливості є вище.

Адитивне виробництво Opens New Design Freedom

3D друк з титаном, алюмінієвим або полімерним композитами дозволяє решітки конструкцій, які неможливо відлити або машині. Компоненти роботи каркасу можуть бути оптимізовані в топологічно розмістити матеріал тільки де навантаження є найвищими, досягнення зниження ваги 30–50% порівняно з традиційним механічними механічними. Компанії, як Робозе і Маркфен, виробляють безперервні вуглецеві волокна-силіконові частини, які суперують алюмінієві в міцності, але зважують набагато менше.

Переваги інноваційних матеріалів в промисловій автоматизації

  • Червона рухома маса – Безпосередньо перекладається на більший час прискорення і коротший цикл. Зменшення 10 кг маси рук може зрізати енергію на цикл на 20% і більше.
  • Високий коефіцієнт корисного навантаження – Роботи можуть здійснювати важке навантаження відносно власної ваги, розширення можливостей додатків в межах одного і того ж відбитка.
  • Споживана потужність – Лайтери вимагають менших двигунів і приводів, що зменшують пік електричного попиту і експлуатаційні витрати.
  • Покращена динамічна продуктивність] – Шрифт, світлові рамки зменшують вібрації і перевстановлення, що дозволяє більш жорсткіше позиціонувати точність при високих швидкостях.
  • Коррозія та втома стійкість] – Композиції та сплави, як магній не іржавіє, що робить їх придатними для змивання навколишнього середовища в харчовій та хімічній обробці.

Виклики Facing Прийняття

Вартість та масштабованість

Незважаючи на падіння ціни, вуглецеве волокно препрег все ще коштує приблизно 10-20 разів більше за кілограм, ніж сталь. Для виробників високомолекулярних роботів, які преміум додає. Інструмент для композитного лиття також дорого, і циклів разів довше, ніж штампування металу або лиття. Часто точка перерви йде тільки для високопродуктивних додатків, де продуктивність набирає офсетні витрати.

Приєднання та ремонт

Композиції не можуть бути зварені як метали. Приєднання вимагає клею, механічними кріпленнями з обережністю, або гібридним переморожуванням. Ремонт пошкоджених композитних каркасів є більш складним, ніж зварювання сталевої тріщини—зварювання часто означає, що частина повинна бути повністю замінена. Це підвищує витрати життєвого циклу і вимагає спеціалізованих можливостей.

Переробка та довговічність

Термокомплект композитів важко переробити, а виробництво вуглецевих волокон має високий вуглецевий друк. Під час перециклеплення покращується, багато промислових покупців зараз вимагають оцінки життєвого циклу перед координацією нових матеріалів. Магній сплави, з іншого боку, є високоциклічною і може бути виготовлений з меншими викидами, ніж алюмінієвий.

Попередня посилання: PM Technology Короткий: легкий матеріал в робототехнікі

Майбутнє Outlook: Towards Monocoque і гібридні кадри

Прийшовши за десять років, ймовірно, буде бачити конвергенцію матеріалів. Замість одного «магічного» матеріалу виробники прийматимуть гібридну конструкцію: вуглецеве волокно для первинних навантажувальних шляхів, арамід для зон впливу, металеві матричні композити для високо-нижкових з'єднань, а також добавки-виготовлені кронштейни оптимізовані для ваги. Монокок (єдина оболонка) конструкції, виготовлені повністю з композиту, вже з'являються в розширених дослідницьких прототипах в MIT та німецькому аерокосмічному центрі (DLR).

Інтеграція датчиків та інтелектуальних структур

Вбуджені волоконно-оптичні датчики і друковані електронні пристрої в межах композитних рам можуть дозволити самомоніторингові роботи, які виявляти стрес, втома або пошкодження в режимі реального часу. Це «стратегічний моніторинг здоров'я» дозволить зменшити непланований час і дозволити передбачуване обслуговування. Проведення вуглецевих волокон можна використовувати як проточні датчики, перетворюючи раму в осаду елемент.

В якості автоматизації продовжується натиснути в виробництво та логістику, можливість розгортання швидкої, легковаговикової роботи стане конкурентоспроможним диференціатором. Компанії, які інвестують в інноваційні кадри, сьогодні краще будуть позиціонувати вимоги до побутових смарт-фабрик.

Висновок

Переміщення з металу до розширених композитів в роботі кадрів не є далеким перспективою. Вуглецеве волокно, араміди, магнієві сплави, а гібридні 3D-принтовані частини дозволяють роботи, які швидше, ефективніше, а більш точний, ніж раніше. Хоча вартість і виробничі завдання залишаються, постійні досягнення в матеріалах науки і технології виробництва є стабільно нижчими бар'єри. Для інженерів і автоматизації менеджерів, розуміння цих матеріалів не є необов'язковим; це основний конкурентоспроможності для проектування наступного покоління промислової автоматизації.

Попередня посилання: Robotics Business Review: легкий матеріал Trend Report[

Науковий посібник: Науковий напрям: Огляд матеріалів Robot Frame