1. Для каких сценариев применения существуют? Компоненты руки человекоподобного робота?
Механические человекоподобные руки незаменимы во многих областях. В промышленности они выполняют сборочные работы и работу с мелкими деталями. В логистике они сортируют и упаковывают товары. В сфере обслуживания они сопровождают и приветствуют клиентов. Дома они складывают одежду и моют посуду. В здравоохранении они помогают в обучении и родах. Каждый сценарий предъявляет разные требования, но все они требуют высокой точности и надежности.
2. Какие материалы обычно используются для изготовления компонентов рук человекоподобных роботов??
Материалы являются основой для сборки человекоподобных роботизированных рук. Выбор материалов — это фундаментальное инженерное решение, требующее баланса между прочностью, весом, долговечностью, технологичностью и стоимостью. Неправильный выбор материала может привести к преждевременному выходу из строя, чрезмерному потреблению энергии или неточным движениям.
| Материал | Плотность (г / см³) | Прочность на растяжение (МПа) | Соотношение жесткости и веса | Machinability | Для каких задач |
| 7075-T6 Алюминий | 2.81 | 572 | Прекрасно | Прекрасно | Суставы скелета, несущие нагрузку, запястные суставы |
| 6061-T6 Алюминий | 2.70 | 310 | Хорошо | Прекрасно | Ненесущие кронштейны, крепления для датчиков |
| Магний AZ31B | 1.77 | 290 | Верхний | Хорошо (риск воспламенения). | Сверхлегкие косметические накладки, не несущие нагрузку конечности |
| Титан Ти-6Ал-4В | 4.43 | 950 | Средняя | Трудно (износ инструмента) | Высоконагруженные соединительные штифты, крепежные элементы |
| 316L нержавеющей стали | 8.00 | 580 | Низкий | Средняя | Корпуса приводов, требующие коррозионной стойкости. |
2.Алюминиевый сплав 1
Алюминий, особенно сплавы, такие как 6061-T6 и 7075, является основным материалом для каркасов и конструктивных элементов человекоподобных роботов. Он обладает превосходным соотношением прочности к весу, легко поддается обработке, устойчив к коррозии и относительно недорог. Алюминиевый сплав 7075 известен своими применениями в аэрокосмической отрасли. Он может обеспечить исключительную прочность в критически важных несущих конструкциях или динамических суставах запястья и пальцев кисти, где требуется высокая прочность.
2.2 Титановый сплав
Для наиболее сложных задач, таких как обработка суставов кистей рук в условиях высоких нагрузок или тазобедренных и коленных суставов компонентов, подверженных многократным ударным воздействиям, обычно выбираются титановые сплавы, например, Ti-6Al-4V. Титановые сплавы обладают более высоким соотношением прочности к весу, чем большинство сталей, превосходной усталостной прочностью и биосовместимостью. Однако стоимость обработки титановых сплавов выше, а сложность процесса больше, поскольку требуются специальные инструменты и более низкие скорости резания.
2.3 из нержавеющей стали
Нержавеющая сталь, например, марки 304 или 17-4 PH, часто используется в компонентах, требующих высокой износостойкости, высокой твердости или высокой коррозионной стойкости. К областям ее применения относятся прецизионные валы, крепежные элементы, зубчатые передачи и концевые захваты (манипуляторы), которые могут взаимодействовать с различными средами. Из-за высокой плотности ее используют с осторожностью и обычно применяют только в ситуациях, когда к ее конкретным характеристикам предъявляются чрезвычайно высокие требования.
2.4. Инженерные пластмассы и композиты
Такие материалы, как PEEK, Delrin и UHMWPE, имеют неоценимое значение в конкретных областях применения. PEEK обладает высокой прочностью, термической стабильностью и самосмазывающими свойствами, что делает его идеальным материалом для изготовления втулок, подшипников и изоляционных компонентов. Полиоксиметилен используется для производства шестерен и корпусов с низким коэффициентом трения. CFRP все чаще используется для производства сверхлегких и высокопрочных панелей и крышек, но для их изготовления обычно требуются специальные формы и технологии, предотвращающие расслоение.
3. Какие существуют распространенные процессы механической обработки компонентов для рук человекоподобных роботов??
Традиционная 3-осевая обработка на станках с ЧПУ достигла своего предела в обработке сложных геометрических форм современных человекоподобных роботов. Сегодня передовые технологии стали стандартом в этой области.
3.1 5-осевая обработка с ЧПУ
Это, пожалуй, самая важная технология. Пятиосевой обрабатывающий центр может перемещать инструмент или заготовку вдоль пяти различных осей одновременно. Это позволяет обрабатывать сложные органические формы за одну установку. Он может обрабатывать глубокие канавки и контурные поверхности конструкционных соединителей, угловые элементы корпусов соединений и сглаживать непрерывные 3D-кривые без перепозиционирования детали. Это позволяет избежать ошибок. Значительно сокращается цикл обработки и повышается общая точность.
3.2. Микрообработка и токарные станки швейцарского типа
Для обработки мелких высокоточных деталей, часто используемых в кистях рук, запястьях и сенсорных системах, необходимы микрообрабатывающие центры и токарные станки швейцарского типа. Эти станки могут обрабатывать детали диаметром менее 1 мм. Допуски могут достигать ±0.005 мм и более. Токарные станки швейцарского типа особенно хорошо подходят для обработки тонких валов и резьбовых деталей для микроактуаторов. Они обеспечивают очень высокую соосность и качество поверхности.
3.3 Обработка EDM
Электроэрозионная обработка, особенно проволочная и погружная, используется для обработки элементов, недоступных для традиционных режущих инструментов. Она использует электрические искры для эрозии материала. С её помощью можно создавать острые внутренние углы, обрабатывать очень твердые материалы и формировать сложные 2D-контуры без приложения силы инструмента. Часто используется для изготовления нестандартных шестерен, литьевых форм для пластиковых корпусов роботов и прецизионных конструкционных элементов.
4. какие Поверхностные покрытия Используются ли они в качестве компонентов для рук человекоподобных роботов?
В качестве материалов для изготовления деталей ручных инструментов в основном используются алюминиевые сплавы, титановые сплавы, нержавеющая сталь и конструкционные пластмассы. Различные материалы требуют различной обработки поверхности. К распространенным типам относятся:
4.1 Анодирование:
Наиболее распространенный способ обработки алюминиевых деталей. Стандартное анодирование представляет собой тонкое покрытие. Оно в основном обеспечивает коррозионную стойкость и декоративный эффект. Также возможно окрашивание. Твердое анодирование может достигать толщины 25-150 микрон. Оно обладает высокой твердостью и хорошей износостойкостью. Часто используется для шиповых соединений, посадочных мест соединений и других деталей, подверженных нагрузкам. Следует отметить, что оксидная пленка увеличивает размер. Сопрягаемые поверхности требуют припуска или защитной маскировки.
4.2 Микродуговое окисление:
Подходит для сплавов алюминия, титана и магния. Образует керамическую пленку на поверхности. Износостойкий и коррозионностойкий. Имеет матовую поверхность, приятен на ощупь и не оставляет отпечатков пальцев. Хорошо подходит для декоративных деталей. Недостатки: ограниченный выбор цветов и более высокая стоимость.
4.3 Пескоструйная обработка, полировка, шлифовка:
Это предварительная обработка или обработка для улучшения внешнего вида. Пескоструйная обработка позволяет выровнять шероховатость поверхности и улучшить адгезию покрытия. Полировка и шлифовка в основном улучшают внешний вид.
4.4 Гальваническое и химическое осаждение из газовой фазы:
Для повышения износостойкости и предотвращения коррозии стальные детали часто покрывают никелем или хромом.
4.5 Вакуумное PVD-покрытие и DLC-покрытие:
Эти материалы обладают высокой твердостью пленки и низким коэффициентом трения. Они хорошо подходят для направляющих колес сухожилий, шкивов, валов шарниров и других движущихся поверхностей, подверженных трению.
4.6 Пассивация:
Антикоррозионная обработка деталей из нержавеющей стали. Недорогое средство, не изменяющее габариты.
4.7 Распыление и электрофорез:
Используется для отделки корпусов и внешних деталей. Обладает насыщенными цветами и хорошей коррозионной стойкостью.
При выборе обработки поверхности следует одновременно учитывать пять факторов: износостойкость, коррозионную стойкость, изоляционные свойства, внешний вид и влияние на размеры.
5. Каковы критически важные размеры компонентов человекоподобной роботизированной руки??
Кисть — одна из самых маленьких и требующих наибольшей точности частей человекоподобного робота. К критически важным размерам относятся, в основном:
5.1 Размеры соединительных отверстий и посадочных мест подшипников:
Допуск по диаметру отверстий для шарниров и креплений подшипников обычно должен соответствовать классу H7 или выше. Отверстия, выходящие за пределы допуска, вызывают люфт или заклинивание шарнира. Это напрямую влияет на точность движений пальцев.
5.2 Положение и расстояние между отверстиями:
Расстояние между точками сочленения пальцев определяет траекторию движения пальца. Отклонение положения отверстия вызывает помехи в работе звеньев и неравномерное усилие на сухожилия. Допуск на такое положение обычно составляет 0.02–0.05 мм.
5.3 Размеры сухожильного канала:
В конструкциях с тросовым приводом критически важны внутренний диаметр отверстий для троса, ширина канавок для проволоки и радиус дуги. Слишком маленькое отверстие приводит к износу троса. Слишком большое отверстие вызывает его люфт. Выходное отверстие также должно иметь гладкий, закругленный край.
5.4 Габариты толщины стенки:
Для снижения веса толщина стенок в области костяшек пальцев и ладони часто составляет около 1 мм. Неравномерная толщина стенок приводит к деформации и проблемам с прочностью.
6. На какие ключевые моменты следует обратить внимание при механической обработке компонентов кисти человекоподобного робота?
Детали, изготавливаемые вручную, имеют небольшие размеры, тонкие стенки и требуют высокой точности. При механической обработке следует уделять внимание следующим областям:
6.1Контроль деформации тонких стенок:
Толщина стенки детали часто составляет менее 1.5 мм. Слишком большое усилие зажима вызывает деформацию. Используйте мягкие зажимные губки, ступенчатый зажим или технологические выступы. Разделяйте черновую и чистовую обработку. Снимайте напряжение перед чистовой обработкой, чтобы предотвратить обратное пружинение.
6.2 Управление микроинструментами:
Для обработки отверстий под сухожилия и внутренних полостей пальцев используются инструменты диаметром менее 1 мм. Маленькие инструменты обладают низкой жесткостью и легко ломаются. Используйте разумную скорость и подачу. Следите за сроком службы инструмента и своевременно меняйте его.
6.3 Контроль заусенцев:
Детали кисти непосредственно контактируют с сухожилиями и сенсорами. Острые края и заусенцы могут порезать сухожилия. Все отверстия и кромки должны быть закруглены и зачищены от заусенцев. При необходимости может быть добавлена ручная полировка.
6.4 Чистота:
В деталях, содержащих датчики и компоненты трансмиссии, не должно быть стружки или масла во внутренних полостях. После обработки их необходимо очистить и проверить.
7. Какие проекты подходят для ЧПУ-обработки компонентов кисти человекоподобного робота?
7.1Основание и каркас ладони:
Это основная конструктивная часть всей руки. Она включает в себя места крепления шарниров, места установки двигателя и каналы для проводки. Конструкция сложная. Она в основном изготовлена методом ЧПУ-обработки алюминия.
7.2 Части пальцевых суставов:
Проксимальные, средние и дистальные фаланги имеют небольшие размеры, тонкие стенки и множество отверстий. Требования к допускам строгие. Они подходят для прецизионной фрезеровки на станках с ЧПУ.
7.3 Валы шарниров и седла шарниров:
Для изготовления валов шарнирных соединений необходима высокая концентричность и хорошая шероховатость поверхности. Часто используется токарно-фрезерная обработка на станках с ЧПУ. В качестве материалов чаще всего используются нержавеющая сталь или титановые сплавы.
8. Проблемы и решения в области обработки компонентов кисти человекоподобного робота.
Обработка деталей для человекоподобных роботов сопряжена с рядом уникальных проблем. Она доводит традиционные производственные процессы до предела. Главная сложность заключается в обеспечении баланса между высокой структурной прочностью и малым весом, а также в обработке чрезвычайно сложных, высокоплотных внутренних геометрических форм.
Задача 1: Сложная внутренняя геометрия и тонкие стенки
Детали роботов редко представляют собой цельные блоки. Например, в шарнирном соединении запястья необходимо разместить подшипники, крепления двигателя, датчики крутящего момента, а также электрические и пневматические каналы в ограниченном пространстве. Это приводит к созданию внутренних структур, таких как глубокие узкие канавки, сложные сетки для снижения веса и очень тонкие стенки, разделяющие функциональные полости. Обработка таких структур очень рискованна. Силы резания вызывают вибрацию тонких стенок. Это приводит к плохому качеству поверхности, погрешностям размеров или даже к поломке детали во время обработки.
Решение: Для этого требуются тщательно разработанные последовательности обработки и современные инструменты. Токари используют стратегии фрезерования «трохоидального» или «адаптивного» направления. Инструмент перемещается по плавным круговым траекториям и срезает материал на постоянной, малой радиальной глубине. Это значительно снижает усилие резания и тепловыделение, сохраняя тонкостенные конструкции. Критически важны специальные концевые фрезы с изменяемой спиралью и большим вылетом, оснащенные демпфирующим покрытием. Часто детали требуют поэтапной обработки, оставляя опорный материал, который удаляется только на заключительных чистовых операциях.
Задача 2: Многоосевая доступность и обработка за одну установку
Многие детали роботов имеют сложные изогнутые поверхности. Критические элементы на нескольких гранях должны сохранять идеальное угловое выравнивание. Например, типичным примером является кронштейн плеча с поверхностью крепления привода, расположенной под точным, неперпендикулярным углом. Если эта деталь обрабатывается на стандартном 3-осевом фрезерном станке, требуется многократная переустановка зажима. Каждая переустановка вносит потенциальные ошибки выравнивания и увеличивает цикл обработки.
Решение: Стандартным решением в отрасли является 5-осевая одновременная обработка на станках с ЧПУ . 5-осевой станок может вращать заготовку вокруг двух дополнительных осей. Это позволяет режущему инструменту достигать практически любой поверхности детали. Это позволяет обрабатывать всю сложную геометрию за одну установку. Преимущества значительны: устранение ошибок крепления, повышение точности между элементами, использование более коротких и жестких инструментов для лучшего качества поверхности и увеличение общей скорости производства. Однако программирование и проверка этих 5-осевых траекторий движения инструмента требуют высококлассного программного обеспечения CAM и глубоких знаний.
9. Какие требования к производственным мощностям предъявляются к поставщикам станков с ЧПУ?
При выборе поставщика станков с ЧПУ следует обратить внимание на три основных момента:
9.1 Возможность обработки:
Необходимо стабильно контролировать геометрические допуски, такие как положение, концентричность и плоскостность, с точностью до 0.02 мм. Качество поверхности должно соответствовать требованиям к сопряжению и внешнему виду. Необходим опыт работы с тонкостенными и микродеталями. Точность оборудования и управление инструментом должны соответствовать стандартам.
9.2 Возможность контроля качества:
Необходимо наличие полной системы управления качеством, например, сертификации ISO 9001. Необходимо наличие контрольно-измерительного оборудования, такого как координатно-измерительные машины и машины машинного зрения. Критические размеры должны подвергаться полной проверке. Партии должны быть отслеживаемыми. Дефектные детали должны оперативно анализироваться и исправляться.
9.3 Возможности контроля качества и отгрузки:
Необходимо предоставить полные отчеты об инспекции и данные. Необходимо иметь разумный производственный план. Срок выполнения заказа на изготовление образца обычно составляет около одной недели. Срок выполнения заказа на серийное производство должен быть стабильным. Необходимо своевременно сообщать об отклонениях от нормы и обеспечивать быстрое послепродажное обслуживание.
10. Что включает в себя полная смета на обработку на станке с ЧПУ компонентов для человекоподобных роботов?
10.1 Чертежи деталей:
Включая 3D-модели и 2D-чертежи с указанием размеров, допусков и геометрических требований.
10.2 Список материалов:
Марка материала (например, алюминий 6061, титан TC4, нержавеющая сталь 304), технические характеристики и количество деталей.
10.3 Обрабатывать информацию:
Этапы обработки, методы зажима, требования к обработке поверхности и наличие стороннего подрядчика.
10.4 Разбивка стоимости:
Стоимость материалов, стоимость механической обработки (из расчета машино-часов), стоимость обработки поверхности и стоимость контроля качества указаны отдельно.
10.5 Условия предложения:
Цены, зависящие от объема заказа, стоимость пресс-формы или оснастки, налоги, транспортные расходы, сроки поставки и срок действия предложения.
11. Почему стоит выбрать NOBLE в качестве своего партнера? Поставщик станков с ЧПУ компоненты для рук человекоподобных роботов?
Компания NOBLE предоставляет решения для обработки деталей человекоподобных роботов на станках с ЧПУ, опираясь на наши инженерные знания, производственные навыки и высококачественные производственные системы. Мы обслуживаем робототехнические компании, OEM-заказчиков и проектные группы. Мы предоставляем надежные производственные услуги как для серийного производства, так и для прототипирования.
Инженерная поддержка
— Наши инженеры изучают файлы САПР, 3D-модели и технические чертежи. Мы оцениваем технологичность изготовления, рекомендуем методы обработки и помогаем оптимизировать конструкцию деталей для серийного производства.
Точное ЧПУ-производство
— Благодаря возможностям фрезерования и токарной обработки на станках с ЧПУ , швейцарских токарных станках и многоосевой обработке, компания NOBLE производит сложные компоненты для роботов с точными характеристиками, воспроизводимым качеством и надежной сборкой.
Контроль качества и осмотр
— Мы поддерживаем стабильное качество деталей посредством процедур контроля и систем управления качеством, включая ISO 9001 и ISO 13485. Это подкрепляется контролем размеров и проверкой на координатно-измерительных машинах.
Гибкая поддержка производства
— От опытных образцов и мелкосерийного производства до программ серийного выпуска, компания NOBLE предлагает масштабируемые решения для постоянно развивающихся задач в области робототехники и OEM-производства.
