镁合金在机器人领域应用潜力巨大
时间: 2017-03-29

    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。

    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78gcm3,虽有少部分机器人的运动部件采用了钛合金材料(45gcm3)或铝合金材料(27gcm3)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23,不到钢的14,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187%和23%,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。

    机器人材料的轻量化可大幅提高其机动性,增加其工作效率,突显机器人在减轻运动惯性、提高操作速度和动作准确度方面的优势。日本本田公司第3代的ASIMO便是由轻质合金制成,其外壳就为镁合金材质,这使得机器人的自重大大降低,步行速度由原来的16kmh提高到25kmh,最大奔跑速度达到了3kmh

    镁合金材料虽然在机器人上得到了初步应用,但是限制镁合金材料在机器人零部件领域应用的重要瓶颈之一依然是现有牌号镁合金的强韧性与钢铁、铝合金相比还较低,距机器人材料性能的要求尚有差距,无法实现对钢铁、铝合金等材料的完全替代。因此,开发用于制造机器人零部件的高性能镁合金及其成形加工技术,对减轻机器人运动部件质量、提高动作准确性、实现节能等都具有重要意义。

    201510月,北京工业大学针对当前机器人领域研究现状和发展前景,启动了“大科研推进计划——智能机器人”。该计划除了以智能机器人的重大共性关键技术、关键零部件、整机研发、集成应用等方向为研究重点外,一个显著的特点是突出了以镁合金材料为代表的“机器人用轻量化材料的关键技术研究”。该“大科研推进计划”依托北京工业大学材料学院十几年以来在轻质镁合金材料方向的研发团队和研发平台优势,以MgZnErMgGdErZr等高性能镁合金的材料设计、精细组织控制、塑性成形机制等研究成果为基础,瞄准高附加值的医疗机器人、家政机器人在材料轻量化方面的需求,以新型高强高韧镁合金材料为目标,开发高性能用于医疗/家政等家用服务机器人的镁合金零部件,着重关注该类机器人手臂等运动部件的轻量化,并逐步实现家用服务机器人的整体减重。

    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。(机器人网)

 

 


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