一年一度的中國國際工業(yè)博覽會順利閉幕，此次盛會共設(shè)八個展區(qū)，其中“工業(yè)機(jī)器人展”匯集了國內(nèi)外最新最前沿的機(jī)器人技術(shù)，成為整個博覽會人氣最旺、市場轉(zhuǎn)化率最高的展區(qū)。從目前的情況上看，隨著人工費(fèi)上漲及人手不足問題越來越嚴(yán)重，各生產(chǎn)行業(yè)對機(jī)器人的需求也將日益增多，工業(yè)機(jī)器人將成為工廠自動化越來越重要的一部分。

機(jī)械手臂是機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用最廣泛的自動化機(jī)械裝置，盡管它們的形態(tài)各有不同，但它們都有一個共同的特點，即通過接受指令，精確地定位到三維（或二維）空間上的某一點進(jìn)行作業(yè)。機(jī)械手臂一般有伸縮、旋轉(zhuǎn)和升降這三種運(yùn)動，其中旋轉(zhuǎn)、升降運(yùn)動是由橫臂和產(chǎn)柱去完成的，手臂的基本作用則是將手爪移動到所需位置以及承受抓取工件的最大重量和手臂自身的重量等。此外，管路、冷卻裝置、行程定位裝置和自動檢測裝置等，一般也都裝在手臂上。因此，手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、承載能力和動作精度都會直接影響整個機(jī)械的工作性能。

合金鋼、經(jīng)過熱處理的優(yōu)質(zhì)鋼、鋁合金等輕型合金都是制作機(jī)械手臂的原材料，但是從此次工業(yè)博覽會的展出情況看，以碳纖維復(fù)合材料為原材料的機(jī)械手臂將成為未來幾年機(jī)械臂生產(chǎn)的一大趨勢。如：有一款機(jī)械手臂長930mm，寬150mm，壁厚５mm，總重量卻只有3千克。據(jù)悉，雖然碳纖維機(jī)械臂在成型工藝上存在一定難度，不過，從比重、強(qiáng)度、蠕變性及成本價格等多方面因素綜合比較，碳纖維機(jī)械臂取代傳統(tǒng)金屬材質(zhì)機(jī)械臂的風(fēng)頭正健。

作為一個運(yùn)動性部件，機(jī)械手臂一般要完成各類已定或?qū)⒍ǖ倪\(yùn)動，材質(zhì)的選擇決定了機(jī)械手臂的動態(tài)性能和靜態(tài)性能。首先，輕型材料是制作機(jī)械臂的良好選擇。因為機(jī)械手臂的自重不僅影響它的運(yùn)動便捷性，還直接影響到驅(qū)使運(yùn)動的能源消耗量。機(jī)械手臂是運(yùn)動的，需要有良好的受控性，因此不能過笨重，重量越輕轉(zhuǎn)動慣量越小。從這個角度上說，鋼類材料最重，比鋁合金要重60%以上，高強(qiáng)度鋼達(dá)到7.8g/cm3，鋁也有2.7g/cm3，碳纖維比重最小，只有1.75g/cm3，因而碳纖維制成的機(jī)械臂是目前所有材質(zhì)中最輕的，能使機(jī)械臂操作更加靈便準(zhǔn)確。

其次，機(jī)械手臂在承受載荷時，不能有斷裂和應(yīng)變，也就是說用來制作機(jī)械手臂的材料要有足夠的強(qiáng)度，必須選擇“高強(qiáng)度的材料”。從絕對性能看，鋁比不上鋼，就算是很好的鋁，從模量、強(qiáng)度和韌性上看，絕對性能仍舊比不上鋼，鋁合金的重量介于碳纖維和碳鋼之間，強(qiáng)度次于碳纖維，高于碳鋼，但韌性較低，缺乏彈性。碳纖維的特點不僅是質(zhì)輕，強(qiáng)度更高。目前碳纖維復(fù)合材料強(qiáng)度約為1400MPa，而鋼呢？一般的鋼不過是600MPa，在比強(qiáng)度上碳纖維要比鋼高出許多。

再者，機(jī)械臂的工作環(huán)境對材質(zhì)也提出了相應(yīng)的要求，比如一定的溫差中，金屬會出現(xiàn)相應(yīng)的蠕變情況，這種蠕變看似微乎其微，但是對機(jī)械臂操作精準(zhǔn)的影響還是比較明顯的。碳纖維不同于一般的鋼和鋁合金，在零下幾十度到200℃之間都能保持最小的蠕變性，因此可以適用于不同的工作環(huán)境中。

另外，從經(jīng)濟(jì)的角度方面來取舍的話，看似碳纖維原材料比鋁合金要貴很多，但是在具體應(yīng)用中，從原材料到成型，這其中的加工成本所占的成本比例更大。根據(jù)近期市場的反映，同樣型號的鋁合金機(jī)械臂與碳纖維機(jī)械臂的成本價格所差無幾，因此，在性價比綜合因素上看，碳纖維材質(zhì)的機(jī)械臂將有非常廣闊的應(yīng)用前景。

更多資訊請關(guān)注工業(yè)機(jī)器人頻道