La aplicación de materiales de aleación de magnesio en robots ligeros

1. El estado de desarrollo y aplicación de los robots

A medida que el desarrollo de los robots continúa madurando, la aplicación de los robots se ha expandido desde los primeros campos industriales hasta la medicina y la salud, los servicios de vida, la exploración espacial y oceánica, el ejército y el entretenimiento, etc. La robótica no solo empujará a la industria manufacturera a una nueva etapa, sino que también marcará el comienzo del rápido desarrollo de la tecnología de automatización no manufacturera.

En la actualidad, Estados Unidos, Japón, Europa, Corea del Sur y otras potencias industriales sitúan avances en la tecnología robótica y promueven el desarrollo de la industria robótica en una posición estratégica importante en el desarrollo de la ciencia y la tecnología en todos los países. En "Made in China 2025", China también considera "máquinas herramienta y robots CNC de alta gama" como una de las 10 áreas clave de desarrollo y propone "centrarse en robots industriales, especialidades, como automóviles, maquinaria, electrónica, mercancías peligrosas industrias manufactureras, de defensa nacional, militares, químicas y ligeras. 

Las necesidades de aplicación de los robots, así como los robots de servicio, como los médicos y de salud, los servicios para el hogar, la educación y el entretenimiento, investigan y desarrollan activamente nuevos productos, y promueven la estandarización y el desarrollo modular de los robots ". El esquema del programa de desarrollo de ciencia y tecnología (2006-2020) "también considera claramente a los robots de servicio como una prioridad estratégica de alta tecnología para el desarrollo futuro y propone" centrarse en los requisitos de aplicación de los robots de servicio, métodos de diseño de investigación, procesos de fabricación y control inteligente. Tecnologías básicas comunes como la integración con sistemas de aplicación "[5]. 

En la actualidad, la densidad media de los robots industriales utilizados en la industria manufacturera mundial es de 55 unidades por cada 10,000 empleados, mientras que la densidad de los robots industriales en China es de solo 36 unidades por cada 10,000 empleados. En vista de los antecedentes anteriores, la "sustitución de máquinas" se ha convertido en la tendencia general. En Guangzhou, el representante de la industria manufacturera en el delta del río Pearl, el gobierno ha propuesto que para 2020, más del 80% de las empresas manufactureras de la ciudad utilicen robots industriales y equipos inteligentes.

Además de ser ampliamente utilizado en procesos como estampado, soldadura y líneas de ensamblaje automatizadas en la industria manufacturera, los robots también se pueden utilizar para reemplazar las tareas manuales tradicionales como esmerilado, soldadura compleja y pulido. Apple utiliza dos robots electrónicos KUKA para pulir dos veces la apariencia del Mac Pro y producir una superficie similar a un espejo. 

Una vez completado el pulido externo, el robot también pulirá el interior de la carcasa del Mac Pro, como se muestra en la Figura 1. Los robots de soldadura han desempeñado un papel extremadamente importante en la producción de soldadura de cascos eficiente y de alta calidad, y se están transformando gradualmente a la automatización. . Corea del Sur ha adoptado un robot de soldadura de barcos móvil Rail Runner, basado en PDA, que puede entrar en la estructura cerrada de un barco de doble casco que necesita ser soldado y trabajar en el duro entorno de soldadura de gas tóxico y alta temperatura, en lugar de hacerlo manualmente. soldadura automática. 

PTJ es una empresa integral de alta tecnología que se basa en la formación técnica de la Academia de Ciencias de China y se centra en la optimización del diseño de piezas de robots inteligentes, la fabricación y las ventas nacionales y extranjeras. El equipo de la empresa se estableció en 2010 y se ha comprometido durante mucho tiempo con el procesamiento de piezas de plástico y metal de alta precisión, alta dificultad y fácilmente deformables, y la producción y fabricación de pequeñas y medianas empresas de aleaciones ligeras y materiales compuestos (tales como como piezas de aleación de magnesio-litio, aleación de magnesio-aluminio, fibra de carbono, etc.). Y servicios de adquisición y personalización de piezas de robot.

La aplicación de robots en industrias no manufactureras también se está volviendo cada vez más diversa. Amazon ha equipado a más de 15,000 robots con ruedas Kiva en su centro de distribución para realizar la automatización del almacén, como se muestra en la Figura 3. Estos robots se mueven de forma rápida y silenciosa. Después de recibir instrucciones digitales transmitidas de forma inalámbrica por la computadora central, escanean las etiquetas de códigos de barras en el suelo para caminar, se deslizan debajo de los estantes y luego las envían a los recolectores. El robot submarino R2D4 desarrollado por Japón tiene una profundidad máxima de buceo de 4000 m, puede recopilar datos de forma autónoma y puede usarse para volcanes submarinos, naufragios y depósitos minerales. 

Las series CR-01 y CR-02 de robots submarinos preprogramados y controlados, en cooperación con Rusia por el Instituto de Automatización de Shenyang, Academia de Ciencias de China, tienen una profundidad máxima de buceo de 6000 my han completado el estudio del Océano Pacífico. . En cuanto a robots espaciales, Robonaut, un robot desarrollado por la NASA en Estados Unidos, sustituirá a los astronautas en trabajos extravehiculares, y su velocidad de respuesta es más rápida que la de los humanos, adaptándose a emergencias imprevistas.

En la actualidad, China ha entrado en una sociedad que envejece, y los problemas de atención médica, rehabilitación y asistencia para los discapacitados causados ​​por el envejecimiento de la estructura de la población también han traído enormes presiones económicas y de recursos a toda la sociedad. Los robots quirúrgicos representados por los robots da Vinci representan el nivel más alto de los robots médicos actuales y también muestran las amplias perspectivas de aplicación de los robots médicos. 

Los robots exoesqueletos también han demostrado sus ventajas para ayudar a los ancianos y discapacitados a caminar. Potencial de aplicación. En términos de robots médicos, muchos hospitales como el Southwest Hospital de mi país utilizan robots de cápsula endoscópica en lugar de gastroscopios tradicionales para exámenes gastrointestinales. El robot tiene solo el tamaño de una cápsula. Después de que el paciente se toma por vía oral, el médico puede observar el interior del tracto digestivo 360 ° a través de la pantalla de visualización, y el examen se puede completar en aproximadamente 15 minutos, lo que no solo hace que el paciente se sienta más cómodo, sino que la cápsula desechable también evita infección cruzada y es más higiénico y seguro. . 

En términos de robots para personas mayores, el Robot Suit HAL, un robot exoesqueleto de Cyberdyne de Japón, puede ayudar a los pacientes con dificultades para caminar a lograr la rehabilitación, y también es adecuado para ayudar a las personas mayores a caminar. El robot puede ayudar al usuario a ponerse de pie, caminar, agarrar y levantar objetos pesados, etc. La acción y el tiempo de trabajo continuo pueden alcanzar los 280 minutos.

2. Materiales robóticos y sus tendencias ligeras

En la actualidad, varios grados de materiales metálicos son la primera opción de materiales para diversas piezas estructurales de robots, como hierro fundido, acero aleado, acero inoxidable, aleación de aluminio y aleación de titanio. La primera consideración en el diseño y uso de robots profesionales representados por robots industriales tradicionales es que deben tener la fuerza suficiente. Por lo tanto, la mayoría de sus partes estructurales están hechas de varios tipos de hierro fundido, acero aleado y otros materiales, y algunas partes están hechas de aleación de aluminio y materiales compuestos. Esperar.

Teniendo en cuenta los altos requisitos del robot de detección y rescate para reducir su propio peso, movimiento rápido y estable, etc., después de reemplazar el acero 45 # con matriz de resina termoplástica reforzada con fibra natural de fibra de lino o material compuesto de resina termoendurecible para hacer el principal cuerpo del robot de detección, la masa del cuerpo principal se reduce a 45 kg, que es 190.5 kg menos que la masa de la carrocería del automóvil original, y la tasa de reducción de peso es tan alta como 80.9%. Los robots de servicio a domicilio tienen requisitos ligeramente más bajos de resistencia del material, pero tienen más requisitos de peso o portabilidad del robot. Por lo tanto, la estructura básica de los robots de servicio utiliza principalmente materiales de aleación de aluminio. Por ejemplo, la estructura del brazo de un robot de servicio para personas mayores está hecha de aleación de aluminio 7075. 

El diseño ligero del brazo se realiza optimizando la estructura y sus requisitos de rendimiento están garantizados. Como representante de los robots discapacitados, los robots de exoesqueleto tienen mayores requisitos de reducción de peso y portabilidad. Por ejemplo, el robot exoesqueleto EKSO (Figura 5) utiliza aleación de aluminio y titanio como estructura mecánica, y su peso total es de solo 23 kg. El robot autónomo de reducción de peso de exoesqueleto de miembros inferiores PRMI de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de mi país también está hecho de aleación de aluminio.

En resumen, para satisfacer las necesidades de una operación de robots más liviana, de alta eficiencia y conveniente, los robots livianos son la tendencia de desarrollo futuro. Además del diseño estructural ligero, los materiales ligeros son más importantes. En comparación con la estructura liviana, el material liviano hace que el robot tenga un mayor potencial de reducción de peso y una gama más amplia de aplicaciones.

3.Las ventajas de la aplicación de materiales ligeros de magnesio en robots

Los materiales metálicos que el robot puede elegir incluyen principalmente acero, aleación de aluminio, aleación de magnesio, aleación de titanio, etc. Como la densidad de los materiales de acero es tan alta como 7.8g / cm3, aunque una pequeña cantidad de partes móviles del robot usan titanio materiales de aleación (4.5 g / cm3) o materiales de aleación de aluminio (2.7 g / cm3) en lugar de materiales de acero, la densidad de las aleaciones de titanio sigue siendo relativamente alta. Alta y cara, la densidad de la aleación de aluminio también es más alta que la de la aleación de magnesio.

Como material estructural de metal más ligero, el magnesio o la aleación de magnesio tienen una densidad de 2/3 de la del aluminio, que es menos de 1/4 de la del acero. Para los compuestos de policarbonato que contienen 30% de fibra de vidrio, la densidad del magnesio no excede su 10%. Además, las reservas de recursos de hierro y aluminio de mi país solo representan el 18.7% y el 2.3% de las proporciones mundiales, pero los recursos de mineral de magnesio de mi país son los más ricos del mundo y la aplicación de materiales de magnesio tiene ventajas de recursos únicas. Por lo tanto, el magnesio y los materiales de aleación de magnesio tienen ventajas significativas para reducir el peso, mejorar la maniobrabilidad del robot y la resistencia debido a su peso ligero y alta resistencia específica. Son uno de los materiales más ideales para la fabricación de robots.

El peso ligero de los materiales del robot puede mejorar en gran medida su maniobrabilidad y aumentar su eficiencia de trabajo, destacando las ventajas de los robots para reducir la inercia del movimiento, mejorar la velocidad de operación y la precisión del movimiento. El ASIMO de tercera generación (Figura 6) de la compañía japonesa Honda está hecho de aleación ligera y su carcasa está hecha de aleación de magnesio. Esto reduce en gran medida el peso propio del robot y su velocidad al caminar se incrementa de 1.6 km / ha 2.5. km / h, la velocidad máxima de funcionamiento alcanzó los 3 km / h.

Aunque los materiales de aleación de magnesio se han aplicado inicialmente en robots, uno de los cuellos de botella importantes que restringen la aplicación de materiales de aleación de magnesio en el campo de las piezas de robot sigue siendo que la resistencia y tenacidad de los grados existentes de aleaciones de magnesio es menor que la del acero y el aluminio. aleaciones. Todavía existe una brecha en los requisitos de rendimiento de los materiales del robot y es imposible reemplazar completamente el acero, la aleación de aluminio y otros materiales. Por lo tanto, el desarrollo de aleaciones de magnesio de alto rendimiento y sus tecnologías de formación y procesamiento para la fabricación de piezas de robots es de gran importancia para reducir la calidad de las piezas móviles de los robots, mejorar la precisión del movimiento y lograr el ahorro de energía.

En octubre de 2015, la Universidad de Tecnología de Beijing lanzó el "Gran Programa de Avance de la Investigación Científica: Robots Inteligentes" en respuesta al estado actual de la investigación y las perspectivas de desarrollo en el campo de la robótica. Además de las principales tecnologías clave comunes, componentes clave, I + D completo de máquinas y aplicaciones integradas de robots inteligentes, el programa se centra en la investigación. Una característica notable es que destaca los “materiales ligeros para robots” representados por materiales de aleación de magnesio. investigación tecnológica clave ". 

El "gran plan de avance de la investigación" se basa en el equipo de I + D y las ventajas de la plataforma de I + D de la Escuela de Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad de Tecnología de Beijing en el campo de los materiales de aleación de magnesio ligero durante más de diez años, y utiliza magnesio de alto rendimiento como como Mg-Zn-Er, Mg-Gd-Er-Zr, etc. Basado en los resultados de la investigación de diseño de material de aleación, control de estructura fina, mecanismo de formación de plástico, etc., con el objetivo de satisfacer las necesidades de robots médicos de alto valor agregado y Los robots domésticos en términos de aligeramiento del material y el desarrollo de nuevos materiales de aleación de magnesio de alta resistencia y alta tenacidad como el objetivo de desarrollar piezas de aleación de magnesio de alto rendimiento utilizadas en robots de servicio doméstico como médicos / limpieza, etc., se centran en el peso ligero. de tales brazos robóticos y otras partes móviles, y gradualmente se dará cuenta de la reducción de peso general de los robots de servicio a domicilio.

En el contexto de la industria manufacturera de mi país que se enfrenta a la modernización industrial y la transformación de la sociedad que envejece, en las próximas diez o incluso décadas, la demanda de robots industriales tradicionales y nuevos robots de servicio doméstico seguirá aumentando, y el potencial de aplicación en el mercado de robots es muy significativo. La aplicación de materiales de aleación ligera representados por aleaciones de magnesio en robots tiene las ventajas de mejorar significativamente la maniobrabilidad de los robots, reducir el consumo de energía y aumentar el tiempo de espera. Es una de las direcciones importantes de la investigación y el desarrollo de robots.

Enlace a este artículo: La aplicación de materiales de aleación de magnesio en robots ligeros

Declaración de reimpresión: si no hay instrucciones especiales, todos los artículos de este sitio son originales. Indique la fuente de la reimpresión: https: //www.cncmachiningptj.com/，thanks！

PTJ® proporciona una gama completa de precisión personalizada mecanizado cnc de china Servicios Certificados ISO 9001: 2015 y AS-9100. Precisión rápida de 3, 4 y 5 ejes Mecanizado CNC Servicios que incluyen fresado, torneado según las especificaciones del cliente, Capaz de piezas mecanizadas de metal y plástico con tolerancia de +/- 0.005 mm. Los servicios secundarios incluyen CNC y rectificado convencional, taladrado,morir fundición,hoja de metal y estampado.Proporcionar prototipos, tiradas de producción completas, soporte técnico e inspección completa. automotor, aeroespacial, molde y accesorio, iluminación led,servicios, bicicleta y consumidor electrónica Industrias. Entrega a tiempo, cuéntanos un poco sobre el presupuesto de tu proyecto y el tiempo de entrega esperado. Crearemos una estrategia con usted para brindarle los servicios más rentables para ayudarlo a alcanzar su objetivo, bienvenido a contactarnos ( ventas@pintejin.com ) directamente para su nuevo proyecto.