碳纤维机器人部件的国内外应用举例

应用一：碳纤维机器人关节外壳

重量轻、强度大、挠性高的轻质化碳纤维复合材料是机器人关节外壳的理想用材，当一些工业机器人需要承受较大载荷时，碳纤维机器人关节能够满足其对机械性能的高需求，当一些医疗或实验类机器人需要在有腐蚀性环境中进行工作时，碳纤维复合材料的耐腐蚀性可以为机器人提供有效保护。大多数的机器人关节外壳内都存在各种热源，比如齿轮传动系统、电机绕组、制动线圈以及其它电子电气部件，这些部件在工作中会产生一定的热能，碳纤维复合材料能够在较大温差小具有很小的热膨胀系数，这有利于保证机器人操作的精度。结构复杂、对同轴度/同心度及其它方面有高要求的机器人关节外壳在制作中会遇到到一些技术难题，国内碳纤维零部件制造商智上新材料JISOM将有限元分析技术应用于碳纤维机器人关节外壳的制作，应用效果较好。

应用二：碳纤维机械手末端工具 (EOAT)

CompoTech PLUS（苏斯赛，捷克）和Bilsing Automation（阿滕多恩，德国）最新合作项目——在六轴机器人上使用一种新型碳纤维复合材料臂端工具EOAT，并将其用于使用吸盘工具的汽车串联冲压线。根据其几何形状，这种类型的 EOAT 通常被称为吊舱梁，即两个对称的方形梁连接到平坦的中央主体，固定吸盘的机器臂通过工具套固定在吊舱梁上。

据报道，新颖的“全碳纤维”EOAT长 2.6 米，扁平的吊舱梁设计使工厂内使用的不同类型的 EOAT 之间的一键式适配器 (OTA) 工具巢实现了有益的标准化，从而使工具箱的组装时间和 OTA 相关的维护、零件和存储成本都得到减半。

全碳纤维EOAT的主要优势包括更高的负载能力和更高的生产力，克服了原始混合金属复合吊舱每分钟 9 冲程的限制。现在冲压线的运行速度可以提高75%以上，每分钟冲程达到16次。

应用三：碳纤维机器人伸缩臂

由铁道勘探行业开发的一款隧道智能勘探设备属于应用型机器人中的一种，该机器人负责进行勘探工作的仪器部分是由一整套碳纤维机械臂进行长度延伸和移动承载。该碳纤维伸缩臂是由三个直径不同的臂管组成，每个臂管内部留有固定的滑轨，以便与其它臂管进行组装，并在关键负载区域的碳纤维预浸料铺层中进行加固。制造方智上新材料JISDOM声称，整个碳纤维伸缩壁臂仅重11.5千克，完全组装好的碳纤维伸缩臂的动态负载测试证实了层压系统的高刚度，最大变形仅为1.6毫米。

智上新材料JISDOM的技术工程师指出：“这款碳纤维伸缩臂最大的挑战在在于臂末端，其必须具有足够的弯曲刚度以承载勘测设备，但是制作过程中又必须避免出现应力集中区域。即使在最重的负载下，这些碳纤维伸缩臂管也要有可靠的长期性能，并显著降低组件之间裂纹扩展的风险。”

据悉，智上新材料JISDOM在碳纤维复合材料零部件制造项目所获得的经验，现在也被应用于轨道交通、新能源、高端医疗等其他行业。

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