Das extrem robuste Rückgrat humanoider Roboter: Titanlegierungen

Mit der Einführung von Produkten wie Tesla Optimus Gen3, Huawei Kuafu und UBtech Walker X ist die Branche in eine neue Phase eingetreten. Humanoide Roboter stellen extrem hohe Anforderungen an Bewegung, Ausdauer und Stabilität, und herkömmliche Metalle können diese Anforderungen kaum erfüllen.Titanlegierungenhaben ihre Anwendungen von der Luft- und Raumfahrtindustrie auf humanoide Roboter ausgeweitet und sind zum wichtigsten „Skelett“-Material geworden, das die Bewegungsgenauigkeit, Belastbarkeit und Lebensdauer der Roboter bestimmt.

 

 

Der Kern des humanoiden Roboterdesigns besteht darin, ein Gleichgewicht zwischen menschenähnlicher Leistung und hoher Leistung zu finden: flexible Bewegung, Robustheit und Zuverlässigkeit sowie leichtes Design, um die Motorbelastung zu reduzieren und die Ausdauer zu verbessern.

 

Hohe spezifische Festigkeit

Seine Festigkeit kommt der von Stahl nahe, während seine Dichte nur 60 % von Stahl beträgt. Beispielsweise verfügt UBtech Walker X über einen Rahmen aus Titanlegierung mit einem Gesamtgewicht von nur 55 kg; Würde stattdessen Stahl verwendet, würde das Gewicht 80 kg überschreiten, was zu einer deutlichen Verschlechterung der Flexibilität führen würde.

 

Ermüdungs- und Korrosionsbeständigkeit

Titanlegierungen halten Zehntausenden hochfrequenten Gelenkdrehungen stand und haben eine dreimal so hohe Ermüdungslebensdauer wie Edelstahl und gewährleisten so einen stabilen Langzeitbetrieb. Sie zeichnen sich außerdem durch eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aus und eignen sich daher für komplexe Umgebungen.

 

Gute Biokompatibilität

Sie sind für menschliches Gewebe nicht-abstoßend, wodurch sie sich für Szenarien der Interaktion zwischen Mensch-Maschinen wie medizinische Rehabilitationsroboter und Exoskelette eignen und als Schlüsselmaterial für die Verwirklichung einer Mensch-Maschinensymbiose dienen.

 

Starke Prozesskompatibilität

Titanlegierungen können durch 3D-Druck, Metallspritzguss und andere Verfahren zu komplexen Strukturteilen verarbeitet werden. Darüber hinaus sind sie nicht-magnetisch und beeinträchtigen nicht die Genauigkeit von Sensoren und Steuerungssystemen.

 

Titanlegierungsteile in Huamoid-Robotern

 

 

Laden-Lagerrahmen und Kernverbindungen

Lasttragende Rahmen und Kerngelenke sind die wichtigsten Anwendungsszenarien von Titanlegierungen und bestimmen direkt die Tragfähigkeit und Bewegungsflexibilität humanoider Roboter. Teile wie die Wirbelsäule, Hüften und Knie des Roboters müssen die Anforderungen an hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit und gleichzeitig geringes Gewicht erfüllen, weshalb Titanlegierungen die optimale Materialwahl sind.

 

Der Tesla Optimus Gen3 verfügt über eine durch 3D-Druck integral geformte Wirbelsäule aus Titanlegierung, deren Festigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Strukturen um 20 % erhöht ist. Seine Hüft- und Kniegelenke verwenden Zahnräder und Hohlstrukturen aus einer Ti-6Al-4V-Legierung, wodurch eine Gewichtsreduzierung von 40 % für ein einzelnes Gelenk und eine Ermüdungslebensdauer erreicht werden, die dreimal so hoch ist wie bei herkömmlichem Edelstahl.

 

Präzisionsübertragungs- und Betätigungskomponenten

In den Präzisionsübertragungs- und Betätigungskomponenten von Robotern können Titanlegierungen die Bewegungsgenauigkeit und Haltbarkeit erheblich verbessern

Bei den Endeffektoren verwendet die bionische Hand von Festo aus Deutschland 0,1 mm dicke Titanfolie zur Verpackung taktiler Sensoren, die eine hervorragende elektromagnetische Abschirmwirkung bietet und 30 % dünner als Aluminiumlegierungsfolien ist; Das vom Shenyang Institute of Automation der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelte flexible Drucksensor-Array auf Titan--Basis hat eine Auflösung von 5 μm und wurde auf das Fingerspitzen-Taktilmodul von Xiaomi CyberOne angewendet, was ein präzises Greifen ermöglicht.

 

Mithilfe des MIM-Verfahrens können Titanlegierungen zur Herstellung von Mikrozahnrädern mit einem Durchmesser von weniger als 20 mm verwendet werden, die sich an die komplexe Struktur geschickter Hände anpassen, Bewegungsfreiheitsgrade mit mehreren -Graden--Freiheiten auf engstem Raum ermöglichen und ein Gleichgewicht zwischen leichtem Design und hoher Flexibilität herstellen.

 

Spezielle Szenarioanpassung

Für Komponenten, die über einen längeren Zeitraum mit dem menschlichen Körper in Kontakt stehen, etwa die Bedienarme medizinischer Rehabilitationsroboter und implantierbare Gelenkstents, werden spezielle Titanlegierungen wie Ti6Al7Nb verwendet.

 

Die Gr7-Titan--Palladiumlegierung ist korrosionsbeständig, indem sie saure Medien reduziert, wodurch sie für chemische Spezialroboter geeignet ist.

Ti5Al2,5Sn verfügt über eine hervorragende Leistung bei niedrigen Temperaturen und behält seine Zähigkeit auch bei -253 Grad bei. Der polare Vierbeinerroboter TX3 von Titanobotics aus Norwegen übernimmt diesen Rahmen aus Titanlegierung und kann in Grönland 72 Stunden lang eine kontinuierliche Gletscherüberwachung bei -58 Grad durchführen.

 

 

Allzweck-Ti6Al4V (Gr5): Durch ausgereifte 3D-Druck-, Bearbeitungs- und Schmiedeverfahren wird das optimale Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Kosten erreicht und in den meisten tragenden Kernkomponenten verwendet.

 

Ti6Al4V ELI (Extra Low Interstitial Gr5): Mit einem geringeren Gehalt an Verunreinigungen erhöht sich seine Schlagzähigkeit bei -40 Grad um 30 %, wodurch es für Tiefsee--niedrige-Temperaturen, hohe-Ermüdungs- und Stoßszenarien wie harmonische Flexsplines und Greifer medizinischer Roboter geeignet ist.

 

Hoch-festes Ti10V2Fe3Al: Entwickelt für Szenarien mit hoher{0}Belastung und hohem-Drehmoment, wird es in Präzisionsgetriebegetrieben von Robotern und lasttragenden Gelenken der Beine-schwerer Roboter eingesetzt.

 

Titanlegierungen mit hoher-Elastizität und niedrigem-Modul (z. B. TiNbTa, Ti24Nb4Zr8Sn): Ihr Elastizitätsmodul ähnelt eher dem des menschlichen Knochens und weist eine hervorragende Flexibilität und Biokompatibilität auf. Sie werden hauptsächlich in bionischen Gelenken, flexiblen Aktuatoren und Strukturkomponenten tragbarer Roboter eingesetzt, die Stöße reduzieren und die Bewegungscompliance verbessern können.

 

 

RDie uihang Group produziert hauptsächlich die Rohstoffe für Ihre Präzisionsfertigung. Für weitere Informationen erreichen Sie uns bitte per E-Mail:Sam.Rui@bjrh-titanium.com