中國有色金屬工業協會鎂業分會
鎂合金在機器人領域應用潛力巨大
2017-03-29 09:17:42

    隨著機器人發展的不斷成熟,機器人的應用已從最早的工業領域不斷擴大到醫療衛生、生活服務、空間及海洋探索、軍事和娛樂等?;魅思際踅喚鐾貧圃煲到胍桓魴碌慕錐?,同時也將迎來非制造業自動化技術的快速發展。

    機器人可選用的金屬材料主要有鋼鐵、鋁合金、鎂合金、鈦合金等。由于鋼鐵材料的密度高達78gcm3,雖有少部分機器人的運動部件采用了鈦合金材料(45gcm3)或鋁合金材料(27gcm3)代替鋼鐵材料,但鈦合金密度仍然較高,且成本昂貴,鋁合金的密度也高于鎂合金。

    鎂或鎂合金作為最輕的金屬結構材料,其密度為鋁的23,不到鋼的14,對于含30%玻纖的聚碳酸酯復合材料來說,鎂的密度也不超過其10%。此外,我國的鐵、鋁資源儲量僅占世界比例187%和23%,但我國的鎂礦資源是世界上最富有的,鎂材料的應用具有得天獨厚的資源優勢。因此,鎂及鎂合金材料以其輕質、高比強度等特點,在減重、提高機器人機動性、續航能力等方面有著顯著優勢,是制造機器人的最理想材料之一。

    機器人材料的輕量化可大幅提高其機動性,增加其工作效率,突顯機器人在減輕運動慣性、提高操作速度和動作準確度方面的優勢。日本本田公司第3代的ASIMO便是由輕質合金制成,其外殼就為鎂合金材質,這使得機器人的自重大大降低,步行速度由原來的16kmh提高到25kmh,最大奔跑速度達到了3kmh。

    鎂合金材料雖然在機器人上得到了初步應用,但是限制鎂合金材料在機器人零部件領域應用的重要瓶頸之一依然是現有牌號鎂合金的強韌性與鋼鐵、鋁合金相比還較低,距機器人材料性能的要求尚有差距,無法實現對鋼鐵、鋁合金等材料的完全替代。因此,開發用于制造機器人零部件的高性能鎂合金及其成形加工技術,對減輕機器人運動部件質量、提高動作準確性、實現節能等都具有重要意義。

    201510月,北京工業大學針對當前機器人領域研究現狀和發展前景,啟動了“大科研推進計劃——智能機器人”。該計劃除了以智能機器人的重大共性關鍵技術、關鍵零部件、整機研發、集成應用等方向為研究重點外,一個顯著的特點是突出了以鎂合金材料為代表的“機器人用輕量化材料的關鍵技術研究”。該“大科研推進計劃”依托北京工業大學材料學院十幾年以來在輕質鎂合金材料方向的研發團隊和研發平臺優勢,以MgZnEr、MgGdErZr等高性能鎂合金的材料設計、精細組織控制、塑性成形機制等研究成果為基礎,瞄準高附加值的醫療機器人、家政機器人在材料輕量化方面的需求,以新型高強高韌鎂合金材料為目標,開發高性能用于醫療/家政等家用服務機器人的鎂合金零部件,著重關注該類機器人手臂等運動部件的輕量化,并逐步實現家用服務機器人的整體減重。

    在我國制造業面臨產業升級換代、老齡化社會轉型等背景下,在未來十幾年甚至幾十年內,傳統的工業機器人和新型家政服務機器人的需求將持續上升,機器人市場應用潛力十分顯著。以鎂合金為代表的輕質合金材料在機器人上的應用,具有顯著提高機器人的機動性、減少能耗、提高待機時間等優勢,是機器人研究開發的重要方向之一。(機器人網)