一款碳纤维机械臂的设计简述
江苏博实科技：碳纤维复合材料作为一款重量轻，比强度好，比刚度大，抗震阻尼性好的新型结构材料。其力学性能可通过改变铺层的顺序和角度进行控制改变，因此，它在力学性能方面给设计人员提供了自由度。
机器人的工作环境和工作性质要求该机器人质量轻、刚度好、振动小、稳态时间短和精度高。对于给定的机器人运动(具有一定的载荷，在一定的速度下)，末端操作器的弹性动力学响应、机械精度、重复性、末端操作器的稳态时间等特性都受到结构部件的质量、刚度、阻尼特性的影响。由一般的力学性质可知，质量的减少可以降低惯性，提高操作速度；增加刚度将降低挠度；增加材料的阻尼将减少稳态时间。
博实设计的碳纤维机械臂是矩形管截面结构。机器人在运动时，碳纤维机械臂的上下板面和两个侧面的纤维将受到不同程度的拉力、压力和剪切力。对于单向纤维的试样，沿着纤维方向将有最大的拉伸强度，但其阻尼是最低的。在偏离纤维轴的方向上，拉伸强度将降低，但阻尼值将增高，当纤维接近45°方向时，剪切强度将是最好的。由于机器人在运动时，各个板面受力状态的复杂性，我们取几种特定的纤维倾角0°、±45°和90°作为最终选择，以简化工艺加工过程。《产品浏览：碳纤维冲压端拾器主臂（图）》
为保证其精度要求，经过多次试验、比较，我们选择了模压充气的成型方案。在机械臂的内腔内做一个气囊，在气囊内充气加压，这种方案制造出的零件表面光滑，形状规整，成形模具可以反复使用。为保证机械臂的机械性能，我们选择进口碳纤维预浸料制作，其拉伸强度为3530MPa，拉伸模量为230GPa，伸长率为1.5%，比重为1.76g/cm3。
碳纤维热膨胀系数为负，当基体膨胀系数为正且适当组合时，复合材料热膨胀系数极小，也即意味着温度改变时，制件的热变形和热应力极小。碳纤维在室温下变形极微。根据博实碳纤维提供的测试数据显示，同是100cm长度的铝合金机械臂零件与碳纤维机械臂零件，在室温12℃中放置相同时间，最终铝合金机械臂零件变化0.13mm，但碳纤维机械臂零部件则丝毫没有产生形变，这有利于机械臂保持精密性和准确性。
综合以上因素来看，碳纤维材料将会是最受欢迎、应用最广泛的制造机械臂材料。江苏博实碳纤维作为专业的碳纤维制品定制厂家，坚持采用高品质原材料，为客户提供优质的碳纤维机械手臂。