Composants de base du robot humanoïde : sélection de matériaux avec des alliages de titane

Les différentes qualités d'alliages de titane varient en termes de performances, d'usinabilité et de scénarios d'application, et peuvent répondre avec précision aux exigences des composants de base des robots humanoïdes, ce qui constitue la clé de leur conception légère, de leur haute fiabilité et de leur production de masse à grande échelle. Les composants de base des robots humanoïdes ont des exigences matérielles très différentes, et le titane pur ainsi que les alliages de titane de type -, - et + - montrent une compatibilité claire avec divers composants.

Je. + alliages de titane

+ Les alliages de titane combinent résistance, plasticité et performances à haute-température, et leurs propriétés peuvent être régulées par traitement thermique. Il s'agit du type le plus largement utilisé dans les composants de base des robots humanoïdes, représenté par Gr5 et ses grades dérivés.

Gr5 (Ti6Al4V)a une résistance à la traction de 900 à 1 100 MPa avec des performances et un coût équilibrés, et est couramment utilisé dans les composants de joints robustes-et les squelettes porteurs-. L'Atlas V11 de Boston Dynamics adopte cet alliage pour fabriquer des cadres de support rachidien, ce qui améliore considérablement la stabilité du corps du robot.

Gr5 ELI présente une meilleure plasticité et biocompatibilité, ce qui le rend adapté aux composants d'interaction humain-robot. Les articulations adroites des mains du Walker X d'UBTECH utilisent cette qualité et ont passé 2 millions de tests de cycle.

Le Ti6Al2Sn4Zr2Mo présente des performances supérieures à haute température-et s'applique aux composants générateurs de chaleur-tels que les boîtiers de modules communs, offrant une protection aux pièces de commande électroniques.

II. Alliages de titane
les alliages de titane sont principalement composés d'-éléments stabilisants tels que Mo, Nb, Ta et V avec une quantité ajoutée supérieure ou égale à 10 %. Après traitement thermique, leur résistance à la traction atteint supérieure ou égale à 1100MPa. Ils ont une excellente aptitude au façonnage à froid et une excellente biocompatibilité, et sont non-toxiques, ce qui les rend adaptés aux composants de base à haute-charge et haute-précision des robots humanoïdes.

Ti13Nb13Zr est exempt de vanadium et d'aluminium et présente une bonne biocompatibilité. Il convient aux composants de contact humain-machine des robots de soins infirmiers et de rééducation, ce qui peut réduire la protection contre le stress et améliorer la sécurité et le confort d'utilisation.

Le Ti29Nb13Ta4.6Zr (TNZT) possède un module d'élasticité proche de celui des os humains, avec une excellente résistance et résistance à la corrosion. Il est principalement utilisé dans les articulations bioniques et peut réduire la concentration de stress, convenant ainsi aux robots d’assistance médicale.

Le Ti15Mo présente une forte résistance à la corrosion et s'applique aux roulements communs et aux actionneurs de robots travaillant dans des environnements complexes tels que les industries extérieures et chimiques, ce qui peut empêcher la corrosion et assurer un fonctionnement stable.

III. Alliages de titane
les alliages de titane sont principalement composés d'éléments stabilisants - tels que Al, Sn et Zr, avec une structure monophasée - à température ambiante. Ils ont une bonne soudabilité et une bonne résistance à la corrosion, et leur résistance est supérieure à celle du titane pur, avec une température de service maximale à haute température -de 500 degrés. Ils conviennent aux composants à faible-charge et haute-précision des robots humanoïdes, en particulier pour les assemblages de détection de précision.

Le grade 9 (Ti-3Al-2,5V) présente une résistance et une plasticité équilibrées ainsi qu'une excellente usinabilité, et peut être transformé en pièces à paroi mince d'une épaisseur inférieure à 0,1 mm avec de bonnes performances de blindage électromagnétique. Il est couramment utilisé dans les boîtiers de capteurs et les manchons de protection des fils. L'allemand Festo utilise ce matériau pour emballer des capteurs tactiles, réduisant l'épaisseur de 30 % et atteignant une résolution de 5 μm, ce qui améliore considérablement la précision de détection des mains bioniques.

Le grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) présente une meilleure plasticité et biocompatibilité en réduisant les éléments interstitiels, ce qui le rend adapté aux composants de détection flexibles. L'Institut d'automatisation de Shenyang, de l'Académie chinoise des sciences, l'utilise comme substrat pour fabriquer des capteurs de pression flexibles appliqués au bout des doigts du CyberOne de Xiaomi, permettant un contrôle précis de la force et des mouvements interactifs délicats.
IV. Titane commercialement pur

Le titane commercialement pur ne contient aucun élément d’alliage supplémentaire, avec une excellente plasticité et résistance à la corrosion et une résistance modérée. Il convient aux composants auxiliaires ayant de faibles exigences de résistance mais des besoins élevés en matière de résistance à la corrosion, fournissant un support de base à la structure centrale des robots.

Le niveau 2 offre un équilibre entre des performances globales et un traitement et un coût contrôlables. Il est principalement utilisé pour connecter et sceller des composants tels que des bagues d'étanchéité et des boulons de connexion, et peut également être appliqué aux boîtiers de contrôleur pour obtenir une conception légère et une protection anti-corrosion.

Le grade 1 a une bonne plasticité mais une faible résistance et convient aux pièces de protection à parois fines telles que les gaines de capteurs flexibles et les manchons de protection des fils. Il est résistant à la corrosion-, difficile à endommager et a une durée de vie plus longue.

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