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镁合金材料在机器人轻量化上的应用
发布时间:2017-07-26 10:33:40

  随着现代工业的发展,机器人的种类和应用领域不断拓展。长春自动焊接专机按照现代机器人的用途分类,可将机器人分为专业服务机器人和家用服务机器人2大类。

  一、机器人的发展及应用现状

  随着机器人发展的不断成熟,机器人的应用已从最早的工业领域不断扩大到医疗卫生、生活服务、空间及海洋探索、军事和娱乐等。机器人技术将不仅推动制造业进入一个新的阶段,同时也将迎来非制造业自动化技术的快速发展。

  当前,美、日、欧洲、韩国等工业强国将实现机器人技术突破、促进机器人产业发展放在各国科技发展的重要战略地位。我国在《中国制造2025》也将“高档数控机床和机器人”作为10个重点发展领域之一,提出“围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等工业机器人、特种机器人,以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人的应用需求,积极研发新产品,促进机器人标准化、模块化发展”。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》也明确将服务机器人作为未来优先发展的战略高技术,提出“以服务机器人应用需求为重点,研究设计方法、制造工艺、智能控制和应用系统集成等共性基础技术”[5]。目前,世界制造业使用工业机器人平均密度为每万名雇员55 台,而中国工业机器人的使用密度仅为每万人36台。鉴于上述背景,“机器换人”已是大势所趋。在珠三角地区制造业代表的广州,政府已经提出到2020 年全市80%以上的制造业企业应用工业机器人及智能装备。

  机器人在非制造业中的应用也越来越多样化。亚马逊在其配送中心配备了超过1.5万台Kiva的轮式机器人,实现仓库自动化,如图3所示。这些机器人行动快速、安静,在收到中央计算机无线传送的数字指令后,通过扫描地面上的条形码标穿行、滑动至货架底下,然后送至拣货员面前。日本研制的R2D4水下机器人,最大潜深4000m,能自主收集数据,可用于海底火山、沉船和矿藏等。中国科学院沈阳自动化研究所同俄罗斯合作的CR-01、CR-02系列预编程控制的水下机器人,最大潜深为6000m,已完成了太平洋深海的考察工作。在空间机器人方面,美国NASA开发的机器人Robonaut将代替宇航员从事舱外工作,而且反应速度要超过人类,适应于应付不可预见的紧急情况。

  二、机器人用材及其轻量化趋势

  目前,各种牌号的金属材料是各类机器人结构零部件材料的首选,如铸铁、合金钢、不锈钢、铝合金、钛合金等。以传统工业机器人为代表的专业机器人在设计和使用时首先考虑的是需要具有足够的强度,因此,其结构部件多为各类铸铁、合金钢等材料,亦有部分部件采用铝合金、复合材料等。

  三、轻质镁材料在机器人上的应用优势

  机器人可选用的金属材料主要有钢铁、铝合金、镁合金、钛合金等。由于钢铁材料的密度高达7.8g/cm3,虽有少部分机器人的运动部件采用了钛合金材料(4.5g/cm3)或铝合金材料(2.7g/cm3)代替钢铁材料,但钛合金密度仍然较高,且成本昂贵,铝合金的密度也高于镁合金。

  镁或镁合金作为最轻的金属结构材料,其密度为铝的2/3,不到钢的1/4,对于含30%玻纤的聚碳酸酯复合材料来说,镁的密度也不超过其10%。此外,我国的铁、铝资源储量仅占世界比例18.7%和2.3%,但我国的镁矿资源是世界上最富有的,镁材料的应用具有得天独厚的资源优势。因此,镁及镁合金材料以其轻质、高比强度等特点,在减重、提高机器人机动性、续航能力等方面有着显著优势,是制造机器人的最理想材料之一。

  长春自动焊接专机小编总结:在我国制造业面临产业升级换代、老龄化社会转型等背景下,在未来十几年甚至几十年内,传统的工业机器人和新型家政服务机器人的需求将持续上升,机器人市场应用潜力十分显著。以镁合金为代表的轻质合金材料在机器人上的应用,具有显著提高机器人的机动性、减少能耗、提高待机时间等优势,是机器人研究开发的重要方向之一。