Industrieroboter sind Maschinengeräte mit mehreren Gelenken oder Freiheitsgraden im industriellen Bereich. Es handelt sich um eine High-Tech-Sammlung, die aus einer Reihe von Disziplinen wie Maschinen, Materialien, Elektronik, Steuerung und Computertechnologie besteht. Es wird häufig in der mechanischen Fertigung, der chemischen Produktion, im Straßen- und Brückenbau, im Mineralienbergbau, in der nationalen Verteidigungs- und Militärindustrie, in der Weltraumforschung und in anderen Bereichen eingesetzt. Industrieroboter ersetzen Menschen bei schweren Einzelaufgaben, was für die Reduzierung der menschlichen Arbeitsintensität und die Verbesserung der Produktionseffizienz und des Produktivitätsniveaus von großer Bedeutung ist.
Um die Rolle von Industrierobotern besser zu verstehen und das Gewicht des Roboterarms zu reduzieren, haben Forscher damit begonnen, Kohlefaser-Verbundwerkstoffe für die Herstellung des Roboterarms zu verwenden. Kohlefaserverbundwerkstoff reduziert das Gewicht des Roboterarms sowie die Motorleistung und spart Energie. Der Roboterarm aus Kohlefaser zeichnet sich durch hohe Festigkeit, hohes Modul, geringes Eigengewicht, geringe Verformung sowie gute Design- und Verarbeitbarkeit aus.
Shandong Runfeng CFRP ist ein Unternehmen, das sich auf Kohlefaserprodukte konzentriert und seinen Kunden maßgeschneiderte Kohlefaser-Roboterarme anbietet. Nach Angaben der für Runfeng CFRP verantwortlichen Person ist der Anteil der Roboterteile aus Kohlefaser-Verbundwerkstoffen von allgemeinen dreiachsigen, vierachsigen Robotern mit kartesischem Koordinatensystem bis hin zu Robotern mit mehreren Gelenken, von mechanischen Verbindungen, Armrohren bis hin zu mechanischen Gelenken nimmt zu. Der Bedarf an hochfesten und leichten Materialien für Industrieroboter ist ebenso groß wie im Automobilbau.
Bei Industrierobotern ist die Verbesserung des Last-Gewichts-Verhältnisses die Hauptaufgabe. Tragfähigkeit, Eigengewicht, Steifigkeit, Bewegungsträgheit, Positionsgenauigkeit usw. sind mehrere wichtige Indikatoren für die Materialauswahl von Industrierobotern. Diese Anforderungen scheinen widersprüchlich zu sein, da eine gute Steifigkeit und hohe Belastung häufig dazu führen, dass die Struktur dick ist und viele Führungsstangen vorhanden sind, was zwangsläufig das Gewicht des Arms erhöht.
Der Roboterarm muss nicht nur sein eigenes Gewicht tragen, sondern auch das maximale Gewicht des greifenden Werkstücks, was erfordert, dass der mechanische Arm beim Tragen der Last nicht überbeansprucht oder gebrochen werden kann. Aus Sicht der Zugfestigkeit beträgt die Zugfestigkeit von Kohlefaser-Verbundwerkstoffen 2000 MPa, während die Zugfestigkeit von Aluminiumlegierungen etwa 800 MPa beträgt. In Bezug auf die Zähigkeit ist die Zähigkeit der Aluminiumlegierung relativ gering und es mangelt ihr an Elastizität. Kohlenstofffasern haben jedoch die Weichheit und Verarbeitbarkeit von Textilfasern, sodass ihre Zähigkeit viel höher ist als die von Aluminiumlegierungen und Kohlenstofffasermaterialien auch weniger anfällig für Brüche sind.
Die Bewegungsgeschwindigkeit des mechanischen Arms vom Start bis zum Bremsen hat einen direkten Einfluss auf die Stabilität seiner Arbeit. Je geringer das Gewicht des Arms ist, desto geringer ist die Trägheit der Bewegung und desto schneller und stabiler arbeitet sie, was zu einer höheren Positionsgenauigkeit führt. Beispielsweise hat ein von unserem Unternehmen hergestellter Roboterarm aus Kohlefaser eine Gesamtlänge von 1500 mm, eine Breite von 150 mm und eine Wandstärke von 5 mm. Das Gesamtgewicht des gesamten Roboterarms beträgt nur 5 kg, was die Bediengenauigkeit von Industrierobotern deutlich verbessert.
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Carbonfaser-Produktion und -Fertigungstechnologie erfreut sich die Verwendung von Carbonfasern in Roboterarmen in der Industrieroboterfertigung immer größerer Beliebtheit. Neben einigen großen Roboterarmen aus Kohlefaser in der Luftfahrt tauchen im täglichen Leben auch einige kleine und mittelgroße Roboterarme aus Kohlefasermaterialien auf.