Ultra{0}}sterke ruggengraat van Humanoid Robots: titaniumlegeringen

Met de lancering van producten als Tesla Optimus Gen3, Huawei Kuafu en UBtech Walker X is de industrie een nieuwe fase ingegaan. Humanoïde robots stellen extreem hoge eisen aan beweging, uithoudingsvermogen en stabiliteit, en traditionele metalen kunnen nauwelijks aan dergelijke eisen voldoen.Titanium legeringenhebben hun toepassingen uitgebreid van de lucht- en ruimtevaartindustrie naar mensachtige robots en zijn daarmee het belangrijkste 'skeletmateriaal' geworden dat de bewegingsnauwkeurigheid, het laadvermogen en de levensduur van de robots bepaalt.

 

 

De kern van het ontwerp van humanoïde robots is het vinden van een evenwicht tussen menselijke- prestaties en hoge prestaties: flexibele beweging, stevigheid en betrouwbaarheid, evenals een lichtgewicht ontwerp om de motorbelasting te verminderen en het uithoudingsvermogen te verbeteren.

 

Hoge specifieke sterkte

De sterkte ligt dicht bij die van staal, terwijl de dichtheid slechts 60% van staal bedraagt. UBtech Walker X maakt bijvoorbeeld gebruik van een frame van titaniumlegering met een totaalgewicht van slechts 55 kg; als in plaats daarvan staal zou worden gebruikt, zou het gewicht meer dan 80 kg bedragen, wat zou leiden tot een aanzienlijke afname van de flexibiliteit.

 

Vermoeidheid en corrosiebestendigheid

Titaniumlegeringen zijn bestand tegen tienduizenden hoge{0}} rotaties van gewrichten, met een levensduur tegen vermoeiing die drie keer zo hoog is als die van roestvrij staal, waardoor een stabiele werking op lange- termijn wordt gegarandeerd. Ze beschikken ook over een uitstekende corrosieweerstand, waardoor ze geschikt zijn voor complexe omgevingen.

 

Goede biocompatibiliteit

Ze zijn niet-afstotend voor menselijke weefsels, waardoor ze geschikt zijn voor menselijke-machine-interactiescenario's zoals medische revalidatierobots en exoskeletten, en dienen als sleutelmateriaal voor het realiseren van menselijke-machinesymbiose.

 

Sterke procescompatibiliteit

Titaniumlegeringen kunnen tot complexe structurele onderdelen worden gemaakt door middel van 3D-printen, metaalspuitgieten en andere processen. Bovendien zijn ze niet-magnetisch en interfereren ze niet met de nauwkeurigheid van sensoren en besturingssystemen.

 

Onderdelen van titaniumlegering in huamoid-robots

 

 

Belasting-Lagerframe en kernverbindingen

Load-bearing frames and core joints are the most core application scenarios of titanium alloys, directly determining the load capacity and movement flexibility of humanoid robots. Parts such as the robot's spine, hips and knees need to meet the requirements of high strength, high toughness and lightweight at the same time, making titanium alloys the optimal material choice.

 

Tesla Optimus Gen3 maakt gebruik van een ruggengraat van titaniumlegering die integraal is gevormd door 3D-printen, waarvan de sterkte met 20% is toegenomen in vergelijking met traditionele structuren; de heup- en kniegewrichten maken gebruik van tandwielen van een Ti-6Al-4V-legering en holle structuren, waardoor een gewichtsvermindering van 40% wordt bereikt voor een enkel gewricht en een levensduur tegen vermoeidheid die drie keer zo lang is als die van traditioneel roestvrij staal.

 

Precisietransmissie- en bedieningscomponenten

In de precisietransmissie- en bedieningscomponenten van robots kunnen titaniumlegeringen de bewegingsnauwkeurigheid en duurzaamheid aanzienlijk verbeteren

Wat de eindeffectoren betreft, gebruikt Festo's bionische hand uit Duitsland 0,1 mm titaniumfolie om tactiele sensoren te verpakken, wat een uitstekend elektromagnetisch afschermend effect biedt en 30% dunner is dan folies van aluminiumlegeringen; De op titanium-gebaseerde flexibele druksensorarray, ontwikkeld door het Shenyang Institute of Automation van de Chinese Academie van Wetenschappen, heeft een resolutie van 5 μm en is toegepast op de vingertoptactiele module van Xiaomi CyberOne, waardoor nauwkeurig grijpen mogelijk is.

 

Op basis van het MIM-proces kunnen titaniumlegeringen worden gebruikt om microtandwielen te produceren met een diameter van minder dan 20 mm, waarbij ze zich aanpassen aan de complexe structuur van behendige handen, waardoor meerdere-graden- van- bewegingsvrijheid- in nauwe ruimtes worden gerealiseerd en een evenwicht wordt gevonden tussen lichtgewicht ontwerp en hoge flexibiliteit.

 

Speciale scenario-aanpassing

Voor onderdelen die langdurig in contact staan ​​met het menselijk lichaam, zoals de bedieningsarmen van medische revalidatierobots en implanteerbare gewrichtsstents, worden speciale titaniumlegeringen zoals Ti6Al7Nb gebruikt.

 

Gr7 titanium-palladiumlegering is bestand tegen corrosie door zure media te verminderen, waardoor deze geschikt is voor speciale chemische robots;

Ti5Al2.5Sn heeft uitstekende prestaties bij lage- temperaturen, waarbij de taaiheid zelfs bij -253 graden behouden blijft. De TX3 polaire viervoeterrobot van Titanobotics uit Noorwegen gebruikt dit frame van titaniumlegering en kan 72 uur lang continu gletsjermonitoring uitvoeren bij -58 graden in Groenland.

 

 

Algemene- doeleinden Ti6Al4V (Gr5): Het bereikt de optimale balans tussen sterkte en kosten, met volwassen 3D-print-, bewerkings- en smeedprocessen, en wordt gebruikt in de meeste kerndraagcomponenten-.

 

Ti6Al4V ELI (Extra lage interstitiële Gr5): Met een lager gehalte aan onzuiverheden wordt de slagsterkte met 30% verhoogd bij -40 graden, waardoor het geschikt is voor diep-zee lage- temperaturen, hoge- vermoeidheid en scenario's met hoge impact, zoals harmonische flexsplines en grijpers van medische robots.

 

Hoge-sterkte Ti10V2Fe3Al: Ontworpen voor scenario's met hoge- belasting en hoog- koppel, en wordt gebruikt in precisietransmissietandwielen van robots en last-dragende gewrichten van de benen van zware- robots.

 

Titaniumlegeringen met hoge-elasticiteit en lage- modulus (bijv. TiNbTa, Ti24Nb4Zr8Sn): Hun elastische modulus ligt dichter bij die van menselijke botten, met uitstekende flexibiliteit en biocompatibiliteit. Ze worden meestal gebruikt in bionische gewrichten, flexibele actuatoren en structurele componenten van draagbare robots, die de impact kunnen verminderen en de bewegingscompliantie kunnen verbeteren.

 

 

Ruihang Group produceert hoofdzakelijk de grondstoffen voor uw precisieproductie. Voor meer informatie kunt u ons bereiken via de e-mail:Sam.Rui@bjrh-titanium.com