Estrutura ultrarresistente-dos robôs humanóides: ligas de titânio

Com o lançamento de produtos como Tesla Optimus Gen3, Huawei Kuafu e UBtech Walker X, a indústria entrou numa nova fase. Os robôs humanóides têm requisitos extremamente elevados de movimento, resistência e estabilidade, e os metais tradicionais dificilmente conseguem satisfazer tais exigências.Ligas de titânioestenderam suas aplicações da indústria aeroespacial para robôs humanóides, tornando-se o principal material "esquelético" que determina a precisão do movimento, a capacidade de carga e a vida útil dos robôs.

 

 

A essência do design do robô humanóide é encontrar um equilíbrio entre o desempenho-humano e o alto desempenho: movimento flexível, robustez e confiabilidade, bem como design leve para reduzir a carga do motor e melhorar a resistência.

 

Alta resistência específica

Sua resistência é próxima à do aço, enquanto sua densidade é de apenas 60% do aço. Por exemplo, o UBtech Walker X adota uma estrutura em liga de titânio com peso total de apenas 55kg; se em vez disso fosse utilizado aço, o peso excederia 80 kg, levando a um declínio significativo na flexibilidade.

 

Resistência à fadiga e à corrosão

As ligas de titânio podem suportar dezenas de milhares de rotações de juntas de alta-frequência, com uma resistência à fadiga três vezes maior que a do aço inoxidável, garantindo uma operação estável-de longo prazo. Eles também apresentam excelente resistência à corrosão, tornando-os adequados para ambientes complexos.

 

Boa biocompatibilidade

Eles não{0}}repelem os tecidos humanos, o que os torna adequados para cenários de interação homem-máquina, como robôs de reabilitação médica e exoesqueletos, e servem como um material essencial para a realização da simbiose homem-máquina.

 

Forte compatibilidade de processos

As ligas de titânio podem ser transformadas em peças estruturais complexas por meio de impressão 3D, moldagem por injeção de metal e outros processos. Além disso, eles não são-magnéticos e não interferem na precisão dos sensores e sistemas de controle.

 

Peças de liga de titânio em robôs huamoid

 

 

Carregar-estrutura de rolamento e juntas principais

Estruturas-de suporte de carga e juntas centrais são os cenários de aplicação mais importantes de ligas de titânio, determinando diretamente a capacidade de carga e a flexibilidade de movimento de robôs humanóides. Peças como a coluna vertebral, quadris e joelhos do robô precisam atender aos requisitos de alta resistência, alta tenacidade e leveza ao mesmo tempo, tornando as ligas de titânio a escolha ideal de material.

 

Tesla Optimus Gen3 adota uma coluna de liga de titânio formada integralmente por impressão 3D, com sua resistência aumentada em 20% em comparação com estruturas tradicionais; suas articulações de quadril e joelho usam engrenagens de liga Ti-6Al-4V e estruturas ocas, alcançando uma redução de peso de 40% para uma única articulação e uma resistência à fadiga três vezes maior que a do aço inoxidável tradicional.

 

Componentes de transmissão e atuação de precisão

Nos componentes de transmissão e atuação de precisão dos robôs, as ligas de titânio podem melhorar significativamente a precisão e a durabilidade do movimento

Em termos de efetores finais, a mão biônica da Festo da Alemanha usa folha de titânio de 0,1 mm para embalar sensores táteis, que oferece excelente efeito de proteção eletromagnética e é 30% mais fina que as folhas de liga de alumínio; o conjunto de sensores de pressão flexíveis baseados em titânio-desenvolvido pelo Instituto Shenyang de Automação da Academia Chinesa de Ciências tem uma resolução de 5 μm e foi aplicado ao módulo tátil da ponta do dedo do Xiaomi CyberOne, permitindo uma preensão precisa.

 

Baseando-se no processo MIM, as ligas de titânio podem ser usadas para produzir microengrenagens com diâmetro inferior a 20 mm, adaptando-se à estrutura complexa de mãos hábeis, realizando movimentos de vários-graus-de{3}}liberdade em espaços estreitos e equilibrando design leve e alta flexibilidade.

 

Adaptação de cenário especial

Para componentes em contato-de longo prazo com o corpo humano, como braços operacionais de robôs de reabilitação médica e stents articulares implantáveis, são usadas ligas especiais de titânio, como Ti6Al7Nb.

 

A liga de titânio-paládio Gr7 é resistente à corrosão, reduzindo meios ácidos, tornando-a adequada para robôs químicos especiais;

Ti5Al2.5Sn tem excelente desempenho em baixas-temperaturas, mantendo a resistência mesmo a -253 graus. O robô quadrúpede polar TX3 da Titanobotics da Noruega adota esta estrutura de liga de titânio e pode realizar monitoramento contínuo de geleiras por 72 horas a -58 graus na Groenlândia.

 

 

Ti6Al4V de{0}}uso geral (Gr5): atinge o equilíbrio ideal entre resistência e custo, com processos avançados de impressão 3D, usinagem e forjamento, e é usado na maioria dos principais componentes-que suportam carga.

 

Ti6Al4V ELI (intersticial extra baixo Gr5): com menor teor de impurezas, sua resistência ao impacto é aumentada em 30% a -40 graus, tornando-o adequado para cenários de-baixas-temperaturas profundas do mar, alta-fadiga e alto impacto, como flexsplines harmônicas e garras de robôs médicos.

 

Ti10V2Fe3Al de alta-resistência: projetado para cenários de alta-carga e alto-torque, é usado em engrenagens de transmissão de precisão de robôs e juntas de suporte de carga-das pernas de robôs-de serviço pesado.

 

Ligas de titânio de alta-elasticidade e baixo{1}}módulo (por exemplo, TiNbTa, Ti24Nb4Zr8Sn): Seu módulo de elasticidade é mais próximo do dos ossos humanos, com excelente flexibilidade e biocompatibilidade. Eles são usados ​​principalmente em juntas biônicas, atuadores flexíveis e componentes estruturais de robôs vestíveis, que podem reduzir o impacto e melhorar a conformidade do movimento.

 

 

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