碳纖維機械臂丨提高工業機器人操作準確性

碳纖維複合材料作為製作高效能機器人的高階材料，現在許多的發達國家機器人制作均採用這樣的材料。碳纖維複合材料憑藉高強度，高剛度能夠更好的發揮機械臂的效能。

以往的工業機器人是由鋼和鋁製成的，一個一米長的鋁結構機械臂杆件，在室溫變化12℃的環境裡，杆件變化0。13mm，這將大大影響機器人的精度。對高模量碳纖維複合材料來說，如果最佳化設計纖維的鋪層和方向，卻可以達到近似零熱變形的設計效果，這是普通金屬材料無法實現的。

機械手臂是機器人技術領域實際應用最廣泛的自動化機械裝置，儘管它們的形態各有不同，但它們都有一個共同的特點，即透過接受指令，精確地定位到三維（或二維）空間上的某一點進行作業。機械手臂一般有伸縮、旋轉和升降這三種運動，其中旋轉、升降運動是由橫臂和產柱去完成的，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，手臂的結構、工作範圍、承載能力和動作精度都會直接影響整個機械的工作效能。

傳統的機械臂多是採用金屬材質，例如鋁合金、鋼。此外，一些自動檢測裝置、管路、冷卻裝置等也都會安裝在機械臂上，由於機械臂是一個典型的懸臂樑結構，自身的

質量對機械臂本身會產生很大的影響，所以如果想要實現在滿足靜、動態效能的同時，還減小機械臂質量，可以透過選擇合適的結構和選擇密度輕的材料來實現機械臂的輕量化。

作為一個運動性部件，機械手臂一般要完成各類已定或將定的運動，材質的選擇決定了機械手臂的動態效能和靜態效能。首先，輕型材料是製作機械臂的良好選擇。因為機械手臂的自重不僅影響它的運動便捷性，還直接影響到驅使運動的能源消耗

量。機械手臂是運動的，需要有良好的受控性，因此不能過笨重，重量越輕轉動慣量越小。從這個角度上說，鋼類材料最重，比鋁合金要重60%以上，高強度鋼達到7。8g/cm3，鋁也有2。7g/cm3，碳纖維比重最小，只有1。75g/cm3，因而碳纖維製成的機械臂是目前所有材質中最輕的，能使機械臂操作更加靈便準確。

其次，機械手臂在承受載荷時，不能有斷裂和應變，也就是說用來製作機械手臂的材料要有足夠的強度，必須選擇“高強度的材料”。從絕對效能看，鋁比不上鋼，就算是很好的鋁，從模量、強度和韌性上看，絕對效能仍舊比不上鋼，鋁合金的重量介於碳纖維和碳鋼之間，強度次於碳纖維，高於碳鋼，但韌性較低，缺乏彈

性。碳纖維的特點不僅是質輕，強度更高。目前碳纖維複合材料強度約為1400MPa，而鋼呢？一般的鋼不過是600MPa，在比強度上碳纖維要比鋼高出許多。

再者，機械臂的工作環境對材質也提出了相應的要求，比如一定的溫差中，金屬會出現相應的蠕變情況，這種蠕變看似微乎其微，但是對機械臂操作精準的影響還是比較明顯的。碳纖維不同於一般的鋼和鋁合金，在零下幾十度到200℃之間都能保持最小的蠕變性，因此可以適用於不同的工作環境。

部分廠商對於碳纖維機械臂還具有成本方面的擔憂。雖然碳纖維原材料與傳統機械臂金屬材質相比成本上升不超過50%，但隨著國內碳纖維技術的逐漸成熟，大大降低了企業的應用成本，使碳纖維機械臂與傳統金屬機械臂的價格已經相差無幾，並且碳纖維材質的使用年限比金屬要長，綜合比較下來碳纖維機械臂無論是材質特性還是價效比方面都具有非常大的優勢，後續的發展前景也十分廣闊。

在現在的工業機器人制作中，碳纖維也開始在機械臂的生產中得以應用，除了在一些航空領域中的運用，

一些小型的機械臂也開始採用碳纖維材料。碳纖維也將在更多的工業機器人制作中發揮性能優勢。

（宣告：凡本版註明“轉自，轉載，出處，來源”等標示轉載性質的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在於分享資訊、提供閱讀，並在版面展開討論之用，並不代表本版贊同其觀點和對其真實性負責。若作者或版權人不願被使用，請與本版版主或本站站務聯絡指出，本版即予刪除、改正。任何人若將本版轉載之文章用於其他任何用途，後果自負，與本版無關。）

【鏈 接】

安徽楚江科技新材料股份有限公司

公司簡介

楚江新材是一家專業從事銅及銅合金基礎材料研發與製造、高階熱工裝備及軍工新材料研發與製造的集團化公司。公司成立於1999年，2007年9月在深交所上市（股票程式碼：002171），總部位於安徽省蕪湖市，下設18家控股子公司，員工5000多人，2018年總資產超65億元，營業收入過130億元。，是蕪湖市本土最大的民營企業。公司連續多年穩居安徽省企業50強、安徽省民營企業10強，位居中國製造業500強和中國民營企業製造業500強。

經過近二十的發展，截止目前，公司銅板帶材年產量達到18萬噸、銅合金線材和銅導體14萬噸、特種鋼及精密管17萬噸、高階熱工裝備150臺套，其中銅及銅合金板帶材規模居於全球行業第二位、國內第一位。與此同時，公司在再生資源迴圈利用方面成績顯著，銅資源綜合利用水平居於行業前列，擁有“國家級資源綜合利用（廢銅再生利用）行業技術中心”和“國家級企業技術中心”。

2015年，公司成功收購了湖南頂立科技有限公司，實現了由基礎材料向高階裝備製造以及軍工新材料方向的轉型發展。頂立科技是我國航天航空、國防軍工等領域特種大型熱工裝備的唯一研製單位，是國內領先、具有較強國際競爭力的碳纖維複合材料、高效能粉末冶金材料、真空熱處理裝備製造及服務的方案解決者和綜合服務商。頂立科技擁用碩士、博士等高階人才200多人，先後承擔國家、省部級重大科研專案，攻克了長期制約我國熱工裝備及新材料領域的重大關鍵核心技術，取得了大量科技成果，現已成為國內熱工裝備的龍頭企業。

2018年，公司外延併購天鳥高新，加快推動公司先進基礎材料和軍工新材料領域雙輪驅動的戰略規劃落地。天鳥高新位於江蘇省宜興市，是一家專業生產高效能的碳纖維織物、飛機碳剎車預製件、航天用碳/碳複合材料預製件等產品，是國際航空器材承製方A類供應商、國內最大的碳纖維預製件生產企業、國內最大的纖維織造軍品配套企業。承擔著我國所有研製生產飛機碳剎車盤單位的碳纖維預製體供應任務，同時也承擔著我國多項航天型號用碳/碳複合材料預製體的研製生產任務。其中，由天鳥高新的飛機碳剎車預製件製備的國產飛機碳剎車盤已成功應用於波音757-200、ERJ190、MD-90、MA60、空客A321/A300等主流民用飛機和多種軍用飛機，打破了國外在飛機碳剎車領域對我國的壟斷和封鎖。

立足長遠，面向未來。公司將全面升級與擴大先進銅基材料產業的產能，實現銅及銅合金板帶材40-50萬噸、銅導體材料50萬噸的產能規模，預計2022年實現營業收入過200億、淨利潤超10億，把銅基材料產業分別打造成行業的絕對龍頭。同時，透過對軍工新材料的行業整合，進一步提高新材料技術研發和產業化能力，高純石墨、碳纖維複合材料搶佔行業制高點，成為碳及碳複合材料的軍工龍頭，軍民融合的示範企業，把楚江打造成為全球領先的資源節約型先進材料製造企業，實現成為世界品牌的戰略夢想。