Componentes principais do robô humanóide: seleção de materiais com ligas de titânio

Diferentes graus de ligas de titânio variam em desempenho, usinabilidade e cenários de aplicação, e podem atender com precisão aos requisitos dos principais componentes de robôs humanóides, servindo como chave para seu design leve, alta confiabilidade e produção em massa-em grande escala. Os componentes principais dos robôs humanóides têm requisitos de materiais significativamente diferentes, e o titânio puro, bem como as ligas de titânio do tipo -, tipo - e tipo + - mostram compatibilidade clara com vários componentes.

I. + ligas de titânio

+ As ligas de titânio combinam resistência, plasticidade e desempenho em altas-temperaturas, e suas propriedades podem ser reguladas por tratamento térmico. Eles são o tipo mais utilizado nos componentes principais de robôs humanóides, representados pelo Gr5 e seus derivados.

Gr5 (Ti6Al4V)tem uma resistência à tração de 900–1100 MPa com desempenho e custo equilibrados e é comumente usado em-componentes de juntas para serviços pesados ​​e esqueletos-de suporte de carga. O Atlas V11 da Boston Dynamics adota esta liga para fabricar estruturas de suporte espinhal, o que melhora muito a estabilidade do corpo do robô.

Gr5 ELI apresenta melhor plasticidade e biocompatibilidade, tornando-o adequado para componentes de interação homem-robô. As articulações hábeis do Walker X da UBTECH usam esse grau e passaram em 2 milhões de testes de ciclo.

Ti6Al2Sn4Zr2Mo apresenta desempenho superior em-altas temperaturas e é aplicável a componentes geradores de-calor, como caixas de módulos de juntas, fornecendo proteção para peças de controle eletrônico.

II. Ligas de titânio
as ligas de titânio são compostas principalmente de -elementos estabilizadores como Mo, Nb, Ta e V com uma quantidade de adição maior ou igual a 10%. Após o tratamento térmico, sua resistência à tração atinge maior ou igual a 1100MPa. Eles têm excelente trabalhabilidade a frio e biocompatibilidade, além de não serem{5}}tóxicos, o que os torna adequados para componentes centrais de alta-carga e alta{7}}precisão de robôs humanóides.

Ti13Nb13Zr é isento de vanádio e alumínio e possui boa biocompatibilidade. É adequado para componentes de contato homem{3}}máquina de robôs de enfermagem e reabilitação, o que pode reduzir a proteção contra estresse e melhorar a segurança e o conforto de uso.

Ti29Nb13Ta4.6Zr (TNZT) possui módulo de elasticidade próximo ao dos ossos humanos, com excelente resistência e resistência à corrosão. É usado principalmente em articulações biônicas e pode reduzir a concentração de estresse, sendo adequado para robôs de assistência médica.

Ti15Mo tem forte resistência à corrosão e é aplicável a rolamentos conjuntos e atuadores de robôs que trabalham em ambientes complexos, como indústrias externas e químicas, o que pode prevenir a corrosão e garantir uma operação estável.

III. Ligas de titânio
as ligas de titânio são compostas principalmente de -elementos estabilizadores como Al, Sn e Zr, com uma estrutura de fase única -à temperatura ambiente. Eles têm boa soldabilidade e resistência à corrosão, e sua resistência é superior à do titânio puro, com uma temperatura máxima de serviço em alta-temperatura de 500 graus. Eles são adequados para componentes de baixa-carga e alta{7}}precisão de robôs humanóides, especialmente para conjuntos de sensores de precisão.

O grau 9 (Ti-3Al-2,5V) possui resistência e plasticidade equilibradas, bem como excelente usinabilidade, e pode ser transformado em peças de paredes finas com espessura inferior a 0,1 mm com bom desempenho de blindagem eletromagnética. É comumente usado em caixas de sensores e capas protetoras de fios. A Festo da Alemanha utiliza este material para embalar sensores táteis, reduzindo a espessura em 30% e alcançando uma resolução de 5 μm, o que melhora muito a precisão da detecção das mãos biônicas.

O grau 23 (Ti-6Al-4V ELI) possui melhor plasticidade e biocompatibilidade ao reduzir os elementos intersticiais, tornando-o adequado para componentes de detecção flexíveis. O Instituto de Automação de Shenyang, Academia Chinesa de Ciências, utiliza-o como substrato para fazer sensores de pressão flexíveis aplicados nas pontas dos dedos do CyberOne da Xiaomi, permitindo controle preciso da força e movimentos interativos delicados.
4. Titânio comercialmente puro

O titânio comercialmente puro não contém elementos de liga adicionais, com excelente plasticidade e resistência à corrosão e resistência moderada. É adequado para componentes auxiliares com requisitos de baixa resistência, mas com alta necessidade de resistência à corrosão, fornecendo suporte básico para a estrutura central dos robôs.

O grau 2 equilibrou desempenho abrangente com processamento e custo controláveis. Ele é usado principalmente para conectar e vedar componentes, como anéis de vedação de juntas e parafusos de conexão, e também pode ser aplicado em caixas de controladores para obter um design leve e proteção anti-corrosão.

O grau 1 tem boa plasticidade, mas baixa resistência, e é adequado para peças protetoras-de paredes finas, como bainhas flexíveis de sensores e capas protetoras de fios. É resistente à corrosão-, não é fácil de danificar e tem uma vida útil mais longa.

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