Humanoid Robots' Ultra-Tough Backbone: Titanium Alloys

Med lanceringen af ​​produkter som Tesla Optimus Gen3, Huawei Kuafu og UBtech Walker X er industrien trådt ind i en ny fase. Humanoide robotter har ekstremt høje krav til bevægelse, udholdenhed og stabilitet, og traditionelle metaller kan næppe opfylde sådanne krav.Titanium legeringerhar udvidet deres applikationer fra rumfartsindustrien til humanoide robotter, og er blevet det vigtigste "skeletmateriale", der bestemmer robotternes bevægelsesnøjagtighed, belastningskapacitet og levetid.

 

 

Kernen i humanoid robotdesign er at finde en balance mellem menneskelig-lignende ydeevne og høj ydeevne: fleksibel bevægelse, robusthed og pålidelighed samt letvægtsdesign for at reducere motorbelastningen og forbedre udholdenheden.

 

Høj specifik styrke

Dens styrke er tæt på stålets, mens dens densitet kun er 60 % af stål. For eksempel anvender UBtech Walker X en stel af titaniumlegering med en totalvægt på kun 55 kg; hvis stål blev brugt i stedet, ville vægten overstige 80 kg, hvilket ville føre til et betydeligt fald i fleksibiliteten.

 

Trætheds- og korrosionsbestandighed

Titaniumlegeringer kan modstå titusindvis af højfrekvente rotationer af samlinger med en udmattelseslevetid, der er tre gange så lang som rustfrit stål, hvilket sikrer stabil lang-drift. De har også fremragende korrosionsbestandighed, hvilket gør dem velegnede til komplekse miljøer.

 

God biokompatibilitet

De er ikke-afvisende over for menneskeligt væv, hvilket gør dem velegnede til menneskelige-maskininteraktionsscenarier såsom medicinske rehabiliteringsrobotter og eksoskeletoner, og fungerer som et nøglemateriale til at realisere menneskelig-maskinsymbiose.

 

Stærk proceskompatibilitet

Titaniumlegeringer kan laves til komplekse strukturelle dele gennem 3D-print, metalsprøjtestøbning og andre processer. Desuden er de ikke-magnetiske og vil ikke forstyrre nøjagtigheden af ​​sensorer og kontrolsystemer.

 

Titaniumlegeringsdele i huamoid-robotter

 

 

Belastnings-lejeramme og kernesamlinger

Bærende-bærende rammer og kernesamlinger er de mest centrale anvendelsesscenarier for titanlegeringer, der direkte bestemmer belastningskapaciteten og bevægelsesfleksibiliteten for humanoide robotter. Dele som robottens rygsøjle, hofter og knæ skal opfylde kravene om høj styrke, høj sejhed og letvægt på samme tid, hvilket gør titanlegeringer til det optimale materialevalg.

 

Tesla Optimus Gen3 anvender en rygsøjle af titanlegering, der er dannet integreret af 3D-print, med dens styrke øget med 20 % sammenlignet med traditionelle strukturer; dens hofte- og knæled bruger Ti-6Al-4V-legeringsgear og hule strukturer, hvilket opnår en vægtreduktion på 40 % for et enkelt led og en træthedslevetid tre gange så lang som traditionelt rustfrit stål.

 

Præcisionstransmissions- og aktiveringskomponenter

I robotters præcisionstransmission og aktiveringskomponenter kan titanlegeringer forbedre bevægelsesnøjagtigheden og holdbarheden markant

Med hensyn til sluteffektorer bruger Festos bioniske hånd fra Tyskland 0,1 mm titaniumfolie til at pakke taktile sensorer, som tilbyder fremragende elektromagnetisk afskærmningseffekt og er 30 % tyndere end aluminiumslegeringsfolier; det titanium-baserede fleksible tryksensor-array, der er udviklet af Shenyang Institute of Automation ved det kinesiske videnskabsakademi, har en opløsning på 5 μm og er blevet anvendt på fingerspidsens taktile modul i Xiaomi CyberOne, hvilket muliggør præcis greb.

 

Ved at stole på MIM-processen kan titanlegeringer bruges til at producere mikrogear med en diameter på mindre end 20 mm, tilpasse sig den komplekse struktur af fingerfærdige hænder, realisere multi-graders--frihedsbevægelse i snævre rum og balancere letvægtsdesign og høj fleksibilitet.

 

Speciel Scenarietilpasning

Til komponenter i langvarig-kontakt med den menneskelige krop, såsom operationsarmene på medicinske rehabiliteringsrobotter og implanterbare ledstenter, bruges specielle titanlegeringer såsom Ti6Al7Nb.

 

Gr7 titanium-palladiumlegering er modstandsdygtig over for korrosion ved at reducere sure medier, hvilket gør den velegnet til kemiske specialrobotter;

Ti5Al2.5Sn har enestående ydeevne ved lav-temperatur og bevarer sejhed selv ved -253 grader. Den TX3 polære firbenede robot fra Titanobotics fra Norge anvender denne titanlegeringsramme og kan udføre kontinuerlig gletscherovervågning i 72 timer ved -58 grader i Grønland.

 

 

Generelt-Ti6Al4V (Gr5): Den opnår den optimale balance mellem styrke og omkostninger med modne 3D-print-, bearbejdnings- og smedningsprocesser og bruges i de fleste kernelastbærende-komponenter.

 

Ti6Al4V ELI (Extra Low Interstitial Gr5): Med et lavere indhold af urenheder øges dens slagstyrke med 30 % ved -40 grader, hvilket gør den velegnet til dyb-lav-temperatur, høj-træthed og høj slagkraft, såsom harmoniske flexsplines og gribere fra medicinske robotter.

 

Høj-styrke Ti10V2Fe3Al: Designet til scenarier med høj-belastning og højt-drejningsmoment, bruges den i præcisionstransmissionsgear på robotter og bærende-led på benene på tunge-robotter.

 

Høj-elasticitet og lavt-modulus titanlegeringer (f.eks. TiNbTa, Ti24Nb4Zr8Sn): Deres elasticitetsmodul er tættere på menneskeknogler med enestående fleksibilitet og biokompatibilitet. De bruges mest i bioniske led, fleksible aktuatorer og strukturelle komponenter i bærbare robotter, som kan reducere stød og forbedre bevægelsesoverholdelse.

 

 

Ruihang Group producerer hovedsageligt råmaterialerne til din præcisionsfremstilling. For flere detaljer, kontakt os venligst på e-mail:Sam.Rui@bjrh-titanium.com