産業用ロボットおよび協働ロボット向け軽量カーボンファイバーアーム

LIGHTWEIGHT CARBON FIBER ARM FOR INDUSTRY PALLETIZING ROBOTS

アームの重量は、ロボットの動作速度、負荷時のアームの可動範囲、ロボットアームのベアリングの寿命、そしてアームの耐荷重に影響を与える重要な要素です。アームが重ければ重いほど、性能は低下するという単純な法則があります。そのため、超軽量でありながら高剛性な材料を見つけることが非常に重要です。
アームやグリッパー／吸盤は、多くの場合アルミニウムで作られています。アルミニウムは鋼鉄の3分の1の軽さで、特に軟質金属であればCNC加工によって比較的容易に機械加工できます。しかし、現在ではカーボンファイバーなど、アルミニウムよりもさらに軽量で剛性の高い素材も利用可能になっています。
カーボンファイバーはアルミニウムよりも約43%軽量でありながら、優れた剛性を備えています。カーボンファイバー部品の剛性は、使用される素材の種類によって異なることにご注意ください。

カーボンファイバー製の軽量アームは、アルミニウム製のものより43％軽量です。

プリプレグ技術と 0/90 織り標準織物を使用して製造された炭素繊維複合材は、アルミニウムの剛性 69 GPa と比較して、90 GPa (ヤング率) の剛性を実現します。
標準的な炭素繊維複合材は、アルミニウムよりも約 35% 剛性が高く、43% 軽量です。
航空宇宙グレードの高弾性単方向（UD）炭素繊維部品は、アルミニウムの4倍の剛性を備えています。これらの繊維は標準的な炭素繊維よりも数倍高価ですが、軽量化と剛性向上に大きな可能性を秘めています。

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HOW IS CARBON FIBER USED FOR INDUSTRIAL ROBOTS ARMS?

炭素繊維は、軽量、高強度、高剛性という独自の特性から、産業用ロボットアームへの採用が拡大しています。その用途は以下のとおりです。

協働ロボット／パレタイジング用CFRP軽量アーム。カーボンファイバーアームメーカー - WISE CARBON FIBER。

1. 構造コンポーネント:

• アームリンクとジョイント：炭素繊維は、産業用ロボットのアームリンクとジョイントの製造に使用されています。これらの部品は、高い性能と効率性を確保するために、強度と軽量性を両立させる必要があります。炭素繊維は密度が低いため、ロボットアームの全体重量が軽減され、速度向上とエネルギー消費量の削減につながります。
• エンドエフェクタ：物体と接触するグリッパ、爪、その他のエンドエフェクタは、多くの場合カーボンファイバー製です。これにより、ロボットのモーターやベアリングへの負荷が軽減され、より高速で正確な動作が可能になります。

2. パフォーマンスの向上：

• 速度の向上: 質量が軽減されたため、モーターはアームをより速く動かすことができ、ロボットのサイクルタイムと生産性が向上します。
• 摩耗の軽減:コンポーネントの軽量化により、ロボットのジョイントやベアリングにかかる​​負担が軽減され、動作寿命が長くなり、メンテナンスの頻度も減ります。

3. 精度と安定性：

• 振動減衰: カーボンファイバーの高い剛性と優れた振動減衰特性により、急速な動きの際のたわみが最小限に抑えられ、ロボットの精度と安定性が向上します。
• 熱安定性: カーボンファイバーは熱膨張率が低いため、温度が変動してもロボットアームの形状と精度が維持されます。これは高精度が求められるプロセスにとって重要です。

4. カスタマイズ性:

• カスタマイズされた特性: さまざまなタイプの炭素繊維の織り方と配向を使用することで、重量を最小限に抑えながら特定の方向の強度を最大化するなど、特定の要件を満たすように材料特性をカスタマイズできます。

5. 耐久性：

• 耐腐食性: 金属とは異なり、カーボンファイバーは腐食しないため、化学物質や湿気への暴露が懸念される過酷な産業環境に最適です。
• 疲労耐性: 炭素繊維の疲労耐性により、ロボットアームはパフォーマンスを低下させることなく継続的に動作できます。

6. コストに関する考慮事項:

• 初期投資と長期的なメリット: カーボン ファイバー コンポーネントは、アルミニウムなどの従来の素材に比べて初期費用が高くなる可能性がありますが、パフォーマンス、耐久性、メンテナンスの軽減といった長期的なメリットにより、高性能アプリケーションへの投資が正当化されることがよくあります。

カーボンファイバーは、ロボットの性能、精度、寿命を向上させる軽量で強度と耐久性に優れた部品を製造するために産業用ロボットのアームに使用されています。

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TYPES OF CARBON FIBER ROBOTIC ARMS

カーボンファイバー製ロボットアームは、設計、用途、機能要件に応じて様々なタイプがあります。以下に一般的なタイプをいくつかご紹介します。
1. 6軸ロボットアーム

• 用途: 通常は、溶接、塗装、組み立て、梱包などの作業の産業オートメーションに使用されます。
• 特徴：6自由度（6DOF）を備え、3次元空間を柔軟に動き、複雑なタスクを実行できます。カーボンファイバー構造によりアームの重量が軽減され、速度と精度が向上します。

2. 協働ロボットアーム（コボット）

• 用途: 人間との安全なコラボレーションのために設計されており、製造、組立ライン、医療の分野で広く使用されています。
• 特徴: カーボンファイバーは軽量であるため、エネルギー消費が削減され、ロボットアームの安全性が向上し、人間とロボットの協調が必要な環境に適しています。

3. 高速ピックアンドプレースロボットアーム

• 用途：電子部品のピッキングや配置、食品の包装など、高速・高精度が求められる作業に使用します。
• 特徴: カーボンファイバーの高い剛性と振動減衰特性により、高速でも安定した正確な動作が可能になり、高頻度の作業に最適です。

4. 真空グリッパーロボットアーム

• 用途: 通常、ハンドリング、パレタイジング、その他の材料ハンドリング作業に使用されます。
• 特徴: 吸盤やグリッパーを備え、軽量で高強度のカーボンファイバーの特性により、操作の柔軟性を損なうことなく重い物体を扱うことができ、重量物の持ち上げや梱包に適しています。

5. 医療用ロボットアーム

• 用途: 主に外科手術、リハビリテーション、実験室自動化に使用されます。
• 特徴: カーボンファイバーは精度と生体適合性に富んでいるため、医療環境、特に高精度が求められる外科用ロボットに最適です。

6. モジュラーロボットアーム

• 用途: 教育および研究に使用され、ユーザーは必要に応じてロボットアームを構成および再構成できます。
• 特徴: カーボンファイバーは軽量であるため、これらのモジュール式コンポーネントは、優れた機械的性能を維持しながら簡単に設置および移動でき、柔軟な構成を必要とするアプリケーションに適しています。

7. 航空宇宙用ロボットアーム

• 用途：衛星、宇宙ステーション、その他の航空宇宙機の運用に使用されます。
• 特徴: 炭素繊維の高強度と軽量の特性は宇宙環境において特に重要であり、宇宙船の総重量を軽減し、過酷な条件下での運用能力を向上させるのに役立ちます。

さまざまなアプリケーションシナリオに合わせて調整されたこれらのタイプの炭素繊維ロボットアームは、産業、医療、航空宇宙の分野での炭素繊維材料の広範な使用と優れた性能を実証しています。
カーボンファイバーシートは、軽量グリッパー/空気圧吸引プレートの製造に最もよく使用されます。

グリッパーと吸引プレートは、厚さ 4 mm ～ 60 mm のカーボン ファイバー製で、4、5、6、7、8、10、15、20、30 mm のオプションがあります。
ご要望に応じて、5.1 mm など、0.1 mm の精度で 1 mm から 60 mm までのカスタム グリッパーの厚さも提供できます。
ロボットや産業機械用のアーム/グリッパーの供給で 12 年以上の経験を持つ当社は、カーボン ファイバー グリッパーと吸引プレートのねじ切りやネジ頭の溝切りサービスも提供しています。