हल्के रोबोटों में मैग्नीशियम मिश्र धातु सामग्री का अनुप्रयोग

1. रोबोटों का विकास और अनुप्रयोग स्थिति

जैसे-जैसे रोबोटों का विकास परिपक्व होता जा रहा है, रोबोट के अनुप्रयोग का विस्तार प्रारंभिक औद्योगिक क्षेत्रों से चिकित्सा और स्वास्थ्य, जीवन सेवाओं, अंतरिक्ष और महासागर अन्वेषण, सैन्य और मनोरंजन आदि तक हुआ है। रोबोटिक्स न केवल विनिर्माण उद्योग को एक नए क्षेत्र में धकेल देगा। चरण, लेकिन गैर-विनिर्माण स्वचालन प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास में भी प्रवेश करेगा।

वर्तमान में, संयुक्त राज्य अमेरिका, जापान, यूरोप, दक्षिण कोरिया और अन्य औद्योगिक शक्तियां रोबोटिक्स प्रौद्योगिकी में सफलता प्राप्त करती हैं और सभी देशों में विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास में एक महत्वपूर्ण रणनीतिक स्थिति में रोबोटिक्स उद्योग के विकास को बढ़ावा देती हैं। "मेड इन चाइना 2025" में, चीन भी "हाई-एंड सीएनसी मशीन टूल्स और रोबोट्स" को 10 प्रमुख विकास क्षेत्रों में से एक मानता है, और "औद्योगिक रोबोट, विशिष्टताओं, जैसे ऑटोमोबाइल, मशीनरी, इलेक्ट्रॉनिक्स, खतरनाक सामान पर ध्यान केंद्रित करने का प्रस्ताव करता है। विनिर्माण, राष्ट्रीय रक्षा, सैन्य, रसायन और हल्के उद्योग। 

रोबोट के साथ-साथ सेवा रोबोट जैसे चिकित्सा और स्वास्थ्य, घरेलू सेवाओं, शिक्षा और मनोरंजन, सक्रिय रूप से अनुसंधान और नए उत्पादों का विकास, और रोबोट के मानकीकरण और मॉड्यूलर विकास को बढ़ावा देने के लिए आवेदन की जरूरत है। विज्ञान और प्रौद्योगिकी विकास कार्यक्रम की रूपरेखा (2006-2020)" भी स्पष्ट रूप से सेवा रोबोटों को भविष्य के विकास के लिए एक रणनीतिक उच्च तकनीक प्राथमिकता के रूप में मानता है, और "सेवा रोबोट अनुप्रयोग आवश्यकताओं, अनुसंधान डिजाइन विधियों, निर्माण प्रक्रियाओं और बुद्धिमान नियंत्रण पर ध्यान केंद्रित करने का प्रस्ताव करता है। सामान्य बुनियादी प्रौद्योगिकियां जैसे कि एप्लिकेशन सिस्टम के साथ एकीकरण" [5]। 

वर्तमान में, दुनिया के विनिर्माण उद्योग में उपयोग किए जाने वाले औद्योगिक रोबोटों का औसत घनत्व प्रति 55 कर्मचारियों पर 10,000 यूनिट है, जबकि चीन में औद्योगिक रोबोटों का घनत्व प्रति 36 कर्मचारियों पर केवल 10,000 यूनिट है। उपरोक्त पृष्ठभूमि को देखते हुए, "मशीन प्रतिस्थापन" सामान्य प्रवृत्ति बन गई है। पर्ल रिवर डेल्टा में विनिर्माण उद्योग के प्रतिनिधि ग्वांगझू में, सरकार ने प्रस्ताव दिया है कि 2020 तक, शहर के 80% से अधिक विनिर्माण उद्यमों को औद्योगिक रोबोट और बुद्धिमान उपकरण का उपयोग करना चाहिए।

जैसी प्रक्रियाओं में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने के अलावा मुद्रांकनविनिर्माण उद्योग में वेल्डिंग, और स्वचालित असेंबली लाइन, रोबोट का उपयोग पारंपरिक मैनुअल कार्यों जैसे पीसने, जटिल वेल्डिंग और पॉलिशिंग को बदलने के लिए भी किया जा सकता है। Apple दो KUKA इलेक्ट्रॉनिक रोबोट का उपयोग मैक प्रो की उपस्थिति को दो बार चमकाने के लिए दर्पण जैसी सतह का उत्पादन करने के लिए करता है। 

बाहरी पॉलिशिंग पूरी होने के बाद, रोबोट मैक प्रो शेल के अंदर भी पॉलिश करेगा, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। वेल्डिंग रोबोट ने उच्च-गुणवत्ता और कुशल हल वेल्डिंग उत्पादन में एक अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है, और धीरे-धीरे स्वचालन में बदल रहे हैं। . दक्षिण कोरिया ने एक पीडीए-आधारित मोबाइल शिप वेल्डिंग रोबोट रेल रनर को अपनाया है, जो एक डबल-हल जहाज की संलग्न संरचना में प्रवेश कर सकता है जिसे वेल्डेड करने की आवश्यकता होती है, और मैनुअल के बजाय जहरीली गैस और उच्च तापमान के कठोर वेल्डिंग वातावरण में काम करता है। स्वचालित वेल्डिंग। 

पीटीजे एक व्यापक हाई-टेक उद्यम है जो चीनी विज्ञान अकादमी की तकनीकी पृष्ठभूमि पर निर्भर करता है और बुद्धिमान रोबोट भागों के डिजाइन अनुकूलन, निर्माण और घरेलू और विदेशी बिक्री पर केंद्रित है। कंपनी की टीम 2010 में स्थापित की गई थी और लंबे समय से उच्च-सटीक, उच्च-कठिनाई, और आसानी से विकृत धातु और प्लास्टिक भागों के प्रसंस्करण के लिए प्रतिबद्ध है, और छोटे और मध्यम आकार के उत्पादन और हल्के मिश्र धातु और मिश्रित सामग्री के निर्माण (जैसे) मैग्नीशियम-लिथियम मिश्र धातु, मैग्नीशियम-एल्यूमीनियम मिश्र धातु, कार्बन फाइबर, आदि) भागों के रूप में। और रोबोट भागों की खरीद और अनुकूलन सेवाएं।

गैर-विनिर्माण उद्योगों में रोबोटों का अनुप्रयोग भी अधिक से अधिक विविध होता जा रहा है। अमेज़ॅन ने अपने वितरण केंद्र में 15,000 से अधिक किवा व्हील वाले रोबोटों को वेयरहाउस ऑटोमेशन का एहसास करने के लिए सुसज्जित किया है, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है। ये रोबोट तेजी से और चुपचाप चलते हैं। केंद्रीय कंप्यूटर द्वारा वायरलेस रूप से प्रसारित डिजिटल निर्देश प्राप्त करने के बाद, वे चलने के लिए जमीन पर बार कोड लेबल को स्कैन करते हैं, अलमारियों के नीचे स्लाइड करते हैं, और फिर उन्हें बीनने वालों को भेजते हैं। जापान द्वारा विकसित R2D4 अंडरवाटर रोबोट की अधिकतम डाइविंग गहराई 4000m है, यह स्वायत्त रूप से डेटा एकत्र कर सकता है, और इसका उपयोग पनडुब्बी ज्वालामुखियों, जलपोतों और खनिज जमा के लिए किया जा सकता है। 

शेनयांग इंस्टीट्यूट ऑफ ऑटोमेशन, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज द्वारा रूस के साथ सहयोग करने वाले पूर्व-क्रमादेशित और नियंत्रित पानी के नीचे रोबोटों की सीआर-01 और सीआर-02 श्रृंखला की अधिकतम डाइविंग गहराई 6000 मीटर है, और उन्होंने प्रशांत महासागर का सर्वेक्षण पूरा कर लिया है। . अंतरिक्ष रोबोट के संदर्भ में, रोबोनॉट, संयुक्त राज्य अमेरिका में नासा द्वारा विकसित एक रोबोट, अंतरिक्ष यात्रियों को अतिरिक्त काम में बदल देगा, और इसकी प्रतिक्रिया गति मनुष्यों की तुलना में तेज है, अप्रत्याशित आपात स्थितियों के अनुकूल है।

वर्तमान में, चीन एक उम्रदराज़ समाज में प्रवेश कर चुका है, और वृद्ध जनसंख्या संरचना के कारण चिकित्सा देखभाल, पुनर्वास और विकलांगों के लिए सहायता की समस्याओं ने भी पूरे समाज पर भारी आर्थिक और संसाधन दबाव ला दिया है। दा विंची रोबोट द्वारा प्रस्तुत सर्जिकल रोबोट वर्तमान मेडिकल रोबोट के उच्चतम स्तर का प्रतिनिधित्व करते हैं, और मेडिकल रोबोट के व्यापक अनुप्रयोग संभावनाओं को भी दिखाते हैं। 

बुजुर्गों और विकलांगों को चलने में मदद करने में एक्सोस्केलेटन रोबोट ने भी अपने फायदे दिखाए हैं। आवेदन क्षमता। मेडिकल रोबोट के संदर्भ में, मेरे देश में साउथवेस्ट हॉस्पिटल जैसे कई अस्पताल गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल परीक्षाओं के लिए पारंपरिक गैस्ट्रोस्कोप के बजाय कैप्सूल एंडोस्कोपी रोबोट का उपयोग करते हैं। रोबोट केवल एक कैप्सूल के आकार का है। रोगी को मौखिक रूप से लेने के बाद, डॉक्टर डिस्प्ले स्क्रीन के माध्यम से पाचन तंत्र के अंदर 360° का निरीक्षण कर सकता है, और परीक्षा लगभग 15 मिनट में पूरी की जा सकती है, जो न केवल रोगी को अधिक आरामदायक बनाता है, बल्कि डिस्पोजेबल कैप्सूल भी रोकता है क्रॉस-संक्रमण और अधिक स्वच्छ और सुरक्षित है। . 

बुजुर्गों के लिए रोबोट के संदर्भ में, रोबोट सूट एचएएल, जापान के साइबरडाइन का एक एक्सोस्केलेटन रोबोट, पुनर्वास प्राप्त करने के लिए चलने में कठिनाई वाले रोगियों की सहायता कर सकता है, और चलने में बुजुर्गों की सहायता के लिए भी उपयुक्त है। रोबोट पहनने वाले को खड़े होने, चलने, पकड़ने और भारी वस्तुओं को उठाने आदि में मदद कर सकता है। कार्रवाई, और लगातार काम करने का समय 280 मिनट तक पहुंच सकता है।

2. रोबोट सामग्री और उनके हल्के रुझान

वर्तमान में, विभिन्न प्रकार की धातु सामग्री विभिन्न रोबोट संरचनात्मक भागों, जैसे कच्चा लोहा, मिश्र धातु इस्पात, स्टेनलेस स्टील, एल्यूमीनियम मिश्र धातु और टाइटेनियम मिश्र धातु के लिए सामग्री की पहली पसंद है। पारंपरिक औद्योगिक रोबोटों द्वारा प्रस्तुत पेशेवर रोबोटों के डिजाइन और उपयोग में पहला विचार यह है कि उनके पास पर्याप्त ताकत होनी चाहिए। इसलिए, उनके अधिकांश संरचनात्मक भाग विभिन्न प्रकार के कच्चा लोहा, मिश्र धातु इस्पात और अन्य सामग्रियों से बने होते हैं, और कुछ भाग एल्यूमीनियम मिश्र धातु और मिश्रित सामग्री से बने होते हैं। रुकना।

अपने स्वयं के वजन को कम करने, तेज और स्थिर गति आदि के लिए पता लगाने और बचाव रोबोट की उच्च आवश्यकताओं को ध्यान में रखते हुए, फ्लेक्स फाइबर प्राकृतिक फाइबर प्रबलित थर्मोप्लास्टिक राल मैट्रिक्स या थर्मोसेटिंग राल मिश्रित सामग्री के साथ 45 # स्टील को बदलने के बाद मुख्य बनाने के लिए डिटेक्शन रोबोट का शरीर, मुख्य शरीर का द्रव्यमान 45 किलोग्राम तक कम हो जाता है, जो कि मूल कार बॉडी मास से 190.5 किलोग्राम कम है, और वजन घटाने की दर 80.9% जितनी अधिक है। होम सर्विस रोबोट की भौतिक मजबूती के लिए आवश्यकताएं थोड़ी कम होती हैं, लेकिन रोबोट के वजन या पोर्टेबिलिटी के लिए अधिक आवश्यकताएं होती हैं। इसलिए, सर्विस रोबोट की मूल संरचना ज्यादातर एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री का उपयोग करती है। उदाहरण के लिए, बुजुर्गों के लिए सर्विस रोबोट की बांह संरचना 7075 एल्यूमीनियम मिश्र धातु से बनी है। 

संरचना को अनुकूलित करके हाथ के हल्के डिजाइन को महसूस किया जाता है, और इसकी प्रदर्शन आवश्यकताओं की गारंटी दी जाती है। विकलांग रोबोटों के प्रतिनिधि के रूप में, एक्सोस्केलेटन रोबोटों में वजन घटाने और सुवाह्यता के लिए उच्च आवश्यकताएं होती हैं। उदाहरण के लिए, EKSO (चित्र 5) एक्सोस्केलेटन रोबोट अपनी यांत्रिक संरचना के रूप में एल्यूमीनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग करता है, और इसका कुल वजन केवल लगभग 23kg है। मेरे देश के इलेक्ट्रॉनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय का पीआरएमआई स्वायत्त वजन घटाने वाला एक्सोस्केलेटन निचला अंग रोबोट भी एल्यूमीनियम मिश्र धातु से बना है।

संक्षेप में, रोबोट के अधिक हल्के, उच्च दक्षता और सुविधाजनक संचालन की जरूरतों को पूरा करने के लिए, हल्के रोबोट भविष्य के विकास की प्रवृत्ति हैं। हल्के संरचनात्मक डिजाइन के अलावा, हल्के पदार्थ अधिक महत्वपूर्ण हैं। हल्के ढांचे की तुलना में, हल्की सामग्री रोबोट को वजन घटाने और अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए अधिक क्षमता प्रदान करती है।

3. रोबोट पर हल्के मैग्नीशियम सामग्री के अनुप्रयोग लाभ

रोबोट द्वारा चुनी जा सकने वाली धातु सामग्री में मुख्य रूप से स्टील, एल्यूमीनियम मिश्र धातु, मैग्नीशियम मिश्र धातु, टाइटेनियम मिश्र धातु आदि शामिल हैं। स्टील सामग्री का घनत्व 7.8g / cm3 जितना अधिक है, हालांकि रोबोट के चलने वाले भागों की एक छोटी संख्या टाइटेनियम का उपयोग करती है। स्टील सामग्री के बजाय मिश्र धातु सामग्री (4.5g/cm3) या एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री (2.7g/cm3), टाइटेनियम मिश्र धातुओं का घनत्व अभी भी अपेक्षाकृत अधिक है। उच्च और महंगी, एल्यूमीनियम मिश्र धातु का घनत्व भी मैग्नीशियम मिश्र धातु की तुलना में अधिक है।

सबसे हल्की धातु संरचनात्मक सामग्री के रूप में, मैग्नीशियम या मैग्नीशियम मिश्र धातु में एल्यूमीनियम का घनत्व 2/3 है, जो स्टील के 1/4 से कम है। 30% ग्लास फाइबर युक्त पॉली कार्बोनेट कंपोजिट के लिए, मैग्नीशियम का घनत्व इसके 10% से अधिक नहीं होता है। इसके अलावा, मेरे देश के लौह और एल्युमीनियम संसाधन भंडार में दुनिया के अनुपात का केवल 18.7% और 2.3% हिस्सा है, लेकिन मेरे देश के मैग्नीशियम अयस्क संसाधन दुनिया में सबसे अमीर हैं, और मैग्नीशियम सामग्री के अनुप्रयोग के अद्वितीय संसाधन लाभ हैं। इसलिए, मैग्नीशियम और मैग्नीशियम मिश्र धातु सामग्री के वजन कम करने, रोबोट की गतिशीलता में सुधार, और उनके हल्के वजन और उच्च विशिष्ट शक्ति के कारण धीरज में महत्वपूर्ण लाभ हैं। वे रोबोट बनाने के लिए सबसे आदर्श सामग्रियों में से एक हैं।

रोबोट सामग्री का हल्का वजन इसकी गतिशीलता में काफी सुधार कर सकता है और इसकी कार्य कुशलता में वृद्धि कर सकता है, गति जड़ता को कम करने, परिचालन गति और गति सटीकता में सुधार करने में रोबोट के फायदों पर प्रकाश डालता है। जापान की होंडा कंपनी की तीसरी पीढ़ी का ASIMO (चित्र 6) हल्के मिश्र धातु से बना है, और इसका खोल मैग्नीशियम मिश्र धातु से बना है। यह रोबोट के आत्म-वजन को बहुत कम कर देता है, और इसकी चलने की गति 1.6 किमी/घंटा से बढ़ाकर 2.5 कर दी जाती है। किमी / घंटा, अधिकतम चलने की गति 3 किमी / घंटा तक पहुंच गई।

हालांकि मैग्नीशियम मिश्र धातु सामग्री को शुरू में रोबोट में लागू किया गया है, रोबोट भागों के क्षेत्र में मैग्नीशियम मिश्र धातु सामग्री के अनुप्रयोग को प्रतिबंधित करने वाली महत्वपूर्ण बाधाओं में से एक यह है कि मैग्नीशियम मिश्र धातुओं के मौजूदा ग्रेड की ताकत और कठोरता स्टील और एल्यूमीनियम की तुलना में कम है। मिश्र रोबोट सामग्री की प्रदर्शन आवश्यकताओं में अभी भी अंतर है, और स्टील, एल्यूमीनियम मिश्र धातु और अन्य सामग्रियों को पूरी तरह से बदलना असंभव है। इसलिए, रोबोट के चलने वाले हिस्सों की गुणवत्ता को कम करने, गति की सटीकता में सुधार और ऊर्जा की बचत प्राप्त करने के लिए रोबोट भागों के निर्माण के लिए उच्च-प्रदर्शन मैग्नीशियम मिश्र धातुओं और उनके गठन और प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों का विकास बहुत महत्व रखता है।

अक्टूबर 2015 में, बीजिंग प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय ने रोबोटिक्स के क्षेत्र में वर्तमान अनुसंधान स्थिति और विकास की संभावनाओं के जवाब में "बिग साइंटिफिक रिसर्च एडवांसमेंट प्रोग्राम-इंटेलिजेंट रोबोट्स" लॉन्च किया। प्रमुख सामान्य प्रमुख प्रौद्योगिकियों, प्रमुख घटकों, पूर्ण मशीन आर एंड डी, और बुद्धिमान रोबोट के एकीकृत अनुप्रयोगों के अलावा, कार्यक्रम अनुसंधान पर केंद्रित है। एक उल्लेखनीय विशेषता यह है कि यह मैग्नीशियम मिश्र धातु सामग्री द्वारा दर्शाए गए "रोबोट के लिए हल्के सामग्री" पर प्रकाश डालता है। प्रमुख प्रौद्योगिकी अनुसंधान"। 

"बड़ी शोध उन्नति योजना" दस वर्षों से अधिक समय से प्रकाश मैग्नीशियम मिश्र धातु सामग्री के क्षेत्र में बीजिंग विश्वविद्यालय प्रौद्योगिकी के स्कूल ऑफ मैटेरियल्स साइंस एंड टेक्नोलॉजी के आर एंड डी टीम और आर एंड डी प्लेटफॉर्म लाभों पर निर्भर करती है, और उच्च प्रदर्शन मैग्नीशियम का उपयोग करती है जैसे Mg-Zn-Er, Mg-Gd-Er-Zr, आदि के रूप में, मिश्र धातु सामग्री डिजाइन, ठीक संरचना नियंत्रण, प्लास्टिक बनाने की व्यवस्था, आदि के शोध परिणामों के आधार पर, उच्च मूल्य वर्धित चिकित्सा रोबोटों की जरूरतों के उद्देश्य से और सामग्री हल्के वजन के मामले में घरेलू रोबोट, और नई उच्च शक्ति और उच्च क्रूरता मैग्नीशियम मिश्र धातु सामग्री विकसित करने के लक्ष्य के रूप में घरेलू सेवा रोबोटों जैसे चिकित्सा / हाउसकीपिंग इत्यादि में उपयोग किए जाने वाले उच्च प्रदर्शन मैग्नीशियम मिश्र धातु भागों को विकसित करने के लक्ष्य के रूप में, हल्के वजन पर ध्यान केंद्रित करें इस तरह के रोबोट हथियारों और अन्य चलती भागों में, और धीरे-धीरे घरेलू सेवा रोबोटों के समग्र वजन में कमी का एहसास होता है।

मेरे देश के विनिर्माण उद्योग के संदर्भ में औद्योगिक उन्नयन और उम्र बढ़ने वाले समाज परिवर्तन का सामना करना पड़ रहा है, अगले दस या दशकों में, पारंपरिक औद्योगिक रोबोट और नए घरेलू सेवा रोबोट की मांग में वृद्धि जारी रहेगी, और रोबोट बाजार आवेदन क्षमता बहुत महत्वपूर्ण है। रोबोट में मैग्नीशियम मिश्र धातुओं द्वारा प्रस्तुत हल्के मिश्र धातु सामग्री के उपयोग से रोबोट की गतिशीलता में उल्लेखनीय सुधार, ऊर्जा की खपत को कम करने और अतिरिक्त समय बढ़ाने के फायदे हैं। यह रोबोट अनुसंधान और विकास की महत्वपूर्ण दिशाओं में से एक है।

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