Osrednje komponente humanoidnega robota: izbira materiala s titanovimi zlitinami

Različne stopnje titanovih zlitin se razlikujejo po zmogljivosti, obdelovalnosti in scenarijih uporabe ter lahko natančno izpolnijo zahteve osrednjih komponent humanoidnih robotov, kar služi kot ključ do njihove lahke zasnove, visoke zanesljivosti in velike-serijske proizvodnje. Osrednje komponente humanoidnih robotov imajo bistveno drugačne zahteve glede materiala, čisti titan, pa tudi titanove zlitine tipa -, - in + - kažejo jasno združljivost z različnimi komponentami.

I. + titanove zlitine

+ titanove zlitine združujejo trdnost, plastičnost in visoko-temperaturno delovanje, njihove lastnosti pa je mogoče regulirati s toplotno obdelavo. So najpogosteje uporabljena vrsta v osrednjih komponentah humanoidnih robotov, ki jih predstavlja Gr5 in njegove izpeljanke.

Gr5 (Ti6Al4V)ima natezno trdnost 900–1100 MPa z uravnoteženo zmogljivostjo in ceno ter se običajno uporablja v težkih-komponentah sklepov in nosilnih-skeletih. Atlas V11 podjetja Boston Dynamics uporablja to zlitino za izdelavo opornih okvirjev za hrbtenico, kar močno izboljša stabilnost trupa robota.

Gr5 ELI ima boljšo plastičnost in biokompatibilnost, zaradi česar je primeren za komponente za interakcijo človek-robot. Spretni ročni zglobi UBTECH-ovega Walkerja X uporabljajo ta razred in so prestali 2 milijona cikličnih testov.

Ti6Al2Sn4Zr2Mo kaže vrhunsko delovanje pri visokih-temperaturah in je uporaben za-komponente, ki proizvajajo toploto, kot so ohišja skupnih modulov, kar zagotavlja zaščito za elektronske krmilne dele.

II. Titanove zlitine
titanove zlitine so v glavnem sestavljene iz -stabilizacijskih elementov, kot so Mo, Nb, Ta in V z dodano količino, ki je večja ali enaka 10 %. Po toplotni obdelavi njihova natezna trdnost doseže večjo ali enako 1100MPa. Imajo odlično hladno obdelavo in biokompatibilnost ter niso-strupeni, zaradi česar so primerni za visoko-obremenitve in visoko-natančne osnovne komponente humanoidnih robotov.

Ti13Nb13Zr ne vsebuje vanadija in aluminija in ima dobro biokompatibilnost. Primeren je za komponente robotov za nego in rehabilitacijo v stiku s človekom-strojem, ki lahko zmanjšajo zaščito pred stresom ter izboljšajo varnost in udobje uporabe.

Ti29Nb13Ta4.6Zr (TNZT) ima modul elastičnosti, ki je blizu modulu elastičnosti človeških kosti, z odlično trdnostjo in odpornostjo proti koroziji. Večinoma se uporablja v bioničnih sklepih in lahko zmanjša koncentracijo stresa, zato je primeren za medicinske asistenčne robote.

Ti15Mo ima močno odpornost proti koroziji in je uporaben za ležaje in aktuatorje robotov, ki delajo v zapletenih okoljih, kot sta na prostem in kemična industrija, kar lahko prepreči korozijo in zagotovi stabilno delovanje.

III. Titanove zlitine
titanove zlitine so v glavnem sestavljene iz -stabilizacijskih elementov, kot so Al, Sn in Zr, z eno -fazno strukturo pri sobni temperaturi. Imajo dobro varljivost in odpornost proti koroziji, njihova trdnost pa je višja kot pri čistem titanu, z najvišjo delovno temperaturo pri visoki-temperaturi 500 stopinj. Primerni so za nizko-obremenitve in visoko-natančne komponente humanoidnih robotov, zlasti za sklope natančnih zaznav.

Razred 9 (Ti-3Al-2,5V) ima uravnoteženo trdnost in plastičnost ter odlično obdelovalnost in ga je mogoče izdelati v tankostenske dele z debelino manj kot 0,1 mm z dobrim delovanjem elektromagnetne zaščite. Običajno se uporablja v ohišjih senzorjev in žičnih zaščitnih tulcih. Nemški Festo uporablja ta material za pakiranje taktilnih senzorjev, pri čemer zmanjša debelino za 30 % in doseže ločljivost 5 μm, kar močno izboljša natančnost zaznavanja bioničnih rok.

Razred 23 (Ti-6Al-4V ELI) ima boljšo plastičnost in biokompatibilnost z zmanjšanjem intersticijskih elementov, zaradi česar je primeren za prilagodljive komponente zaznavanja. Shenyang Institute of Automation, Kitajska akademija znanosti, ga uporablja kot substrat za izdelavo prilagodljivih tlačnih senzorjev, nameščenih na konice prstov Xiaomijevega CyberOne, kar omogoča natančen nadzor sile in občutljive interaktivne gibe.
IV. Komercialno čisti titan

Komercialno čisti titan ne vsebuje dodatnih legirnih elementov, z odlično plastičnostjo in odpornostjo proti koroziji ter zmerno trdnostjo. Primeren je za pomožne komponente z nizkimi zahtevami glede trdnosti, vendar visoko odpornostjo proti koroziji, saj zagotavlja osnovno podporo za osrednjo strukturo robotov.

Razred 2 ima uravnoteženo celovito zmogljivost z nadzorovano obdelavo in stroški. Večinoma se uporablja za povezovanje in tesnjenje komponent, kot so tesnilni obroči in povezovalni vijaki, lahko pa se uporablja tudi za ohišja krmilnikov za doseganje lahke zasnove in proti-korozijske zaščite.

Stopnja 1 ima dobro plastičnost, vendar nizko trdnost in je primerna za tankostenske-zaščitne dele, kot so upogljivi ovoji senzorjev in žični zaščitni tulci. Je odporen-na korozijo, ni ga lahko poškodovati in ima daljšo življenjsko dobo.

Skupina Ruihang proizvaja predvsem surovine za vašo natančno proizvodnjo. Za več podrobnosti nas kontaktirajte na e-pošto:Sam.Rui@bjrh-titanium.com