Titaniumlegering: het tweede skelet van humanoïde robots

Humanoïde robots hebben staal en conventionele aluminiumlegeringen voor dragende componenten- uitgefaseerd. Als het "tweede skelet",titanium legeringpast perfect bij alle robotgewrichten. Met een laag gewicht, hoge sterkte en uitstekende weerstand tegen vermoeidheid lost het het conflict op tussen gewichtsvermindering en draagvermogen, en stimuleert het de massaproductie en commerciële toepassing van humanoïde robots.

 

 

 

Vroege mensachtige robots gebruikten staal voor hun skeletten. Hoewel staal voldoende stijfheid biedt, resulteert het in een buitensporig totaalgewicht - sommige robots wogen meer dan 150 kilogram. Dit leidde tot een korte levensduur van de batterij, hoge motorslijtage en maakte complexe bionische bewegingen onmogelijk.

 

Later schakelde de industrie om gewicht te besparen over op aluminiumlegeringen, die voornamelijk worden gebruikt voor niet-lastdragende- buitenmantels. Aluminiumlegeringen hebben echter tekortkomingen wat betreft weerstand tegen vermoeiing en stijfheid, waardoor ze ongeschikt zijn voor spannings-dragende verbindingen. Magnesiumlegeringen bieden een slechte corrosieweerstand en slagvastheid, en koolstofvezel is gevoelig voor delaminatie en moeilijk te repareren. Geen van deze materialen kan dienen als het hoofddraagskelet-.

 

Humanoïde robots hebben materialen nodig die een laag gewicht, hoge sterkte en superieure weerstand tegen vermoeidheid combineren - een reeks eigenschappen waaraan een titaniumlegering volledig voldoet. Tegenwoordig is titaniumlegering het standaardmateriaal geworden voor dragende skeletten van hoogwaardige humanoïde robots. De industrie maakt op grote schaal gebruik van een gecombineerde oplossing: aluminium- en magnesiumlegeringen voor buitenmantels, en titaniumlegeringen voor draagconstructies-.

 

 

1. Lichtgewicht en hoge sterkte

De dichtheid is veel lager dan die van staal, en de specifieke sterkte overtreft aanzienlijk beter dan die van aluminium. Componenten gemaakt vanTi-6Al-4Vkan een gewichtsreductie van 40% worden bereikt. Na het gebruik van een titaniumlegering zien meerdere humanoïde robots een lager totaalgewicht, een langere levensduur van de batterij, flexibelere bewegingen en een verminderde motorbelasting.

 

2. Uitstekende weerstand tegen vermoeidheid

Het presteert beter dan roestvrij staal wat betreft weerstand tegen vermoeidheid en is in staat miljoenen herhaalde schokken op gewrichten te weerstaan. Hierdoor kunnen robots de klok rond continu werken, waardoor de onderhoudskosten worden verlaagd en de algehele levensduur van apparatuur wordt verlengd.

 

3. Corrosiebestendigheid en niet-magnetisme voor veelzijdige toepassingen

Het is bestand tegen vet, vocht en chemische corrosie. Omdat het niet-magnetisch is, veroorzaakt het geen interferentie met verschillende sensoren. Met een goede biocompatibiliteit is het toepasbaar op industriële activiteiten, thuiszorg, medische hulp en revalidatie-exoskeletten.

 

4. Compatibiliteit met 3D-printen voor complexe structuren

Additieve productie maakt het uit één-stuk mogelijk om holle bionische skeletten te vormen. Topologie-optimalisatie vermindert het gewicht verder en verbetert de buffering en anti-botsingsprestaties. De hoge bewerkingsprecisie is geschikt voor zowel de ontwikkeling van prototypen als massaproductie.

 

 

1. Belasting-dragende verbindingen

Gr5 titaniumlegeringwordt op grote schaal toegepast op onderdelen die grote spanningen- dragen, zoals heup-, knie-, schouder- en enkelgewrichten, om belastingen en schokken te kunnen dragen. Voor robots voor zwaar-gebruik kan de titaniumlegering die in één eenheid wordt gebruikt een gewicht van 6 kilogram bereiken, ideaal voor werk met hoge-intensiteit, zoals montage en handling.

 

2. Torso en wervelkolom

Integraal gevormde stekels van poreuze titaniumlegering hebben de gemonteerde aluminium structuren vervangen, waardoor de stijfheid van de carrosserie met 18% is toegenomen. Ze kunnen botsingen dempen en interne precisiecomponenten beschermen. Binnenlandse speciale titaniummaterialen zijn getest op prototypes.

 

3. Medische exoskeletten

Vanwege de uitstekende biocompatibiliteit is titaniumlegering de beste keuze voor skeletten van revalidatie- en chirurgische assistentierobots. Het is veilig om te dragen en veroorzaakt geen irritatie, waardoor een veilige mens-machine-interactie wordt gerealiseerd.

 

 

In het verleden beperkten de hoge kosten van ruwe titaniummaterialen en de moeilijke verwerking de grootschalige toepassing ervan. De afgelopen jaren hebben technologische upgrades in de industriële keten de situatie veranderd: recycling- en walstechnologieën voor titaniummateriaal, evenals de productie van 3D-printen van titaniumpoeder, hebben de daarmee samenhangende kosten gehalveerd. Geïntegreerde verwerking stroomlijnt ook de werkprocedures, waardoor de totale productiekosten gestaag dalen.

 

2026 zal een cruciaal jaar zijn voor de massaproductie van skeletten van titaniumlegeringen voor humanoïde robots. Binnenlandse bedrijven op het gebied van titaniummaterialen en componenten hebben een volledig onafhankelijke toeleveringsketen opgebouwd, waardoor binnenlandse vervanging van belangrijke materialen wordt gerealiseerd. Uit schattingen van de industrie blijkt dat de marktomvang van speciale titaniumlegeringen in 2026 de 15 miljard yuan zal overschrijden, en dat de penetratiegraad van skeletten van titaniumlegeringen zal blijven stijgen.

 

 

Met de volwassenheid van nieuwe titaniumlegeringen en goedkope- productietechnologieën in de toekomst zullen titaniumskeletten populair worden in betaalbare mensachtige robots, waardoor robots bewegingen kunnen uitvoeren en kracht kunnen genereren die nauwer aansluit bij die van mensen. Als fundamenteel kernmateriaal overbrugt titaniumlegering intelligente algoritmen en fysieke hardware, en dient het als een belangrijke pijler voor de ontwikkeling van de humanoïde robotindustrie.