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两会聚焦“具身智能”:线性膨胀系数(CTE)成机器人性能优化“金钥匙”?

时间:2026-02-04 12:35:36
两会聚焦“具身智能”:线性膨胀系数(CTE)成机器人性能优化“金钥匙”?
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线性膨胀系数(CTE)作为具身智能机器人性能优化的关键指标,通过热机械分析(TMA)技术精准测试与材料改性,可显著提升机器人核心部件的高温尺寸稳定性,从而优化其可靠性与动作精度。一、CTE在具身智能机器人中的重要性材料性能的核心挑战:具身智能机器人(如人形机器人、自动驾驶设备)的核心硬件(关节、传感器、传动部件)需在复杂工况下保持稳定。温度变化导致的材料形变可能直接影响动作精度,甚至引发结构失效。例如,人形机器人关节材料需同时满足高强度、耐磨损、耐高温等特性,而CTE是评估材料热稳定性的关键指标。CTE的定义与意义:线性膨胀系数(CTE)通过TMA测试得出,是衡量材料热稳定性、强度、安全性的重要参数。CTE值越低,材料尺寸稳定性越好,尤其在两种材料焊接或熔接时,需选择CTE相近的材料以避免热应力导致的开裂或变形。图1:不同加工条件制得的PEEK的TMA曲线显示,高温下尺寸稳定性难以保持。二、CTE测试技术:热机械分析(TMA)TMA原理:在升温过程中对样品施加恒定负荷,通过测量形变与温度、时间的关系,直观反映材料尺寸稳定性。例如,国高材分析测试中心的TMA设备温度范围为-70℃至400℃,升温速率0.01-150℃/min,可测试固体、薄膜、纤维等样品。样品要求:块状样品最大高度25mm、直径10mm;薄膜或纤维需符合夹具尺寸(如长度20-30mm、宽度<3.5mm);样品需纯净且标记测试方向,通常需提供三份相同样品以确保数据可靠性。图2:国高材分析测试中心的TMA设备及其技术参数。三、材料改性优化CTE:以PEEK与PI为例PEEK材料的局限性:聚醚醚酮(PEEK)因其热稳定性、机械性能和化学相容性成为机器人理想材料,但纯PEEK在高温下尺寸稳定性不足(如图1所示)。PI改性方案:通过引入热塑性聚酰亚胺(TPI)对PEEK改性,可显著降低CTE:结晶性样品:低温段CTE差异较小,高温段随TPI含量增加,CTE明显减小;无定形样品:玻璃化转变前因缺乏晶区导致变形明显,高温段CTE随TPI增加而降低。实验数据:改性后材料在高温段的CTE显著降低,证明TPI提升了高温尺寸稳定性(如表1所示)。表1:改性后材料的CTE数据,显示TPI含量增加可降低高温段CTE。四、CTE优化对机器人性能的实际影响关节精度提升:机器人关节在运动中反复承受载荷与温度变化,CTE优化可减少因热膨胀导致的间隙变化,从而提高动作重复定位精度。结构可靠性增强:在自动驾驶设备中,传感器支架等部件的CTE匹配可避免热循环引起的微应变累积,延长使用寿命。多材料协同设计:通过CTE测试,可筛选与金属部件(如铝合金)热匹配的高分子材料,降低焊接或组装过程中的残余应力。五、总结与展望CTE的核心作用:作为材料热稳定性的量化指标,CTE直接决定了具身智能机器人在温度波动环境中的可靠性。技术路径:通过TMA测试精准获取CTE数据,结合分子设计(如PI改性)优化材料性能,是当前机器人材料研发的关键方向。未来趋势:随着具身智能对材料性能要求的提升,低CTE、高强度的复合材料将成为主流,而TMA技术将持续为材料筛选与改性提供数据支撑。
时间:2026-02-04 12:35:42
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