CN112937709A - 采用复合材料外壳的机器人及其复合材料外壳的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用复合材料外壳的机器人，包括车体和传动设置于所述车体底端的移动轮，所述车体包括底盘和固定于所述底盘顶端的外壳，所述外壳包括依次固定的电池腔防爆外壳、电池保护板放置腔防爆外壳、接线腔防爆外壳和主控外壳，所述电池腔防爆外壳、所述电池保护板放置腔防爆外壳、所述接线腔防爆外壳和所述底盘均由复合材料一体铺设成型。本发明采用上述结构的采用复合材料外壳的机器人，通过采用一体成型制成的机器人外壳，较传统的焊接钢结构外壳，具有一致性好，质量轻，强度高，可设计性好，而且耐热冲击，耐腐蚀，吸震性好等优点，从而适用于不同结构和形状产品的外壳制作。

Description

采用复合材料外壳的机器人及其复合材料外壳的制作方法
技术领域
本发明涉及一种机器人技术，尤其涉及一种采用复合材料外壳的机器人及其复合材料外壳的制作方法。
背景技术
机器人(Robot)是一种能够半自主或全自主工作的智能机器。可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围，因而被广泛应用于生产和生活的各个领域。现有危险气体环境机器人外壳多采用钢结构，这种结构具有以下缺点：(1)常规的钢结构屈服强度不超过345MPa，外壳较脆，容易开裂；(2)因采用焊接连接，破坏了整体结构，外形美观度较差；(3)重量较重，导致机器人自重较重，从而增加了机器人移动时的能耗，降低了机器人的续航能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用复合材料外壳的机器人，通过采用一体成型制成的机器人外壳，较传统的焊接钢结构外壳，具有一致性好，质量轻，强度高，可设计性好，而且耐热冲击，耐腐蚀，吸震性好等优点，从而适用于不同结构和形状产品的外壳制作。
为实现上述目的，本发明提供了采用复合材料外壳的机器人，包括车体和传动设置于所述车体底端的移动轮，所述车体包括底盘和固定于所述底盘顶端的外壳，所述外壳包括依次固定的电池腔防爆外壳、电池保护板放置腔防爆外壳、接线腔防爆外壳和主控外壳，所述电池腔防爆外壳、所述电池保护板放置腔防爆外壳、所述接线腔防爆外壳和所述底盘均由复合材料一体铺设成型。
优选的，所述复合材料包括以下组分：碳纤维、高强玻璃纤维、环氧阻燃树脂和导电石墨粉。
优选的，所述复合材料按照百分比包括以下组分：按照百分比包括以下组分：30.5％～36.1％碳纤维、24.4％～28.9％高强玻璃纤维、35％～45％环氧阻燃树脂和0.35％～1.35％导电石墨粉。
优选的，所述主控外壳内固定有主控单元和摄像头；
所述电池腔防爆外壳内固定有锂电池；
所述电池保护板放置腔防爆外壳内固定有锂电池保护板；
所述接线腔防爆外壳内布置有连接线，所述接线腔防爆外壳上设置有充电口防爆外壳；
所述锂电池依次经所述锂电池保护板、所述连接线与所述主控单元电连，所述主控单元还与摄像头电连。
优选的，所述锂电池保护板防爆外壳外侧固定有显示屏，所述保护板与所述显示屏电连。
优选的，所述主控外壳和所述电池腔防爆外壳之间固定有本安型气体传感器。
一种采用复合材料外壳的机器人的复合材料外壳的制作方法，包括以下步骤：
S1、备料
首先将碳纤维和高强玻璃纤维裁剪成片，备用，然后向环氧阻燃树脂内添加导电石墨粉，混合均匀后备用；
S2、铺层
将片状碳纤维和高强玻璃纤维交替铺设于模具内，铺设上层纤维时挤压下层纤维，排除层间空气，且所有剪口均错开对接，同时每一层纤维材料错开对接，铺设过程中填充混合有导电石墨粉的环氧阻燃树脂，铺设完毕后合模；
S3、注胶
经模具底端向模具内部注入胶水，同时经模具顶端抽气，直至环氧阻燃树脂完全浸渍纤维，保压10min；
S4、固化
将灌注完的预制件送入烤箱，预升温30℃保温2h，然后升温至100℃保温6h，同时每隔一段时间观察，避免出现真空袋漏气情况发生，升温至环氧阻燃树脂固化温度，保温时间12h，直至完全固化；
S5、脱模
脱模时依据预留撬模口进行拆卸模具，取出预制件；
S6、后处理
利用打磨工具打磨预制件表面毛刺；
S7、机加工
利用加工中心机床对预制件进行开槽、打孔；
S8、检验。
优选的，步骤S2中碳纤维和高强玻璃纤维按照0°、-45°、+45°、+90°、-45°、+45°、0°的铺设角度交替铺层；
剪口的错开距离不小于20mm；
纤维材料的对接间隙不大于1.5mm；
胶水的用量为10-20ml/m2；
阻燃磷粉用量小于15g/m2。
优选的，步骤S3中经真空泵抽气，抽气速率≥3L/s，抽气速率200m3/h；
保压过程中，当内真空度低于0.075MPa，就说明保压状况良好；
灌注胶水过程中需要缓慢注入，保证产品注透，固化后内部不出现干布现象。
优选的，步骤S4中烤箱工作温度为：室温常温+25℃～200℃，升温速率1-10℃/min，控温精度为±3℃，炉温均匀性为±2℃。
因此，本发明采用上述结构的采用复合材料外壳的机器人，通过采用一体成型制成的机器人外壳，较传统的焊接钢结构外壳，具有一致性好，质量轻，强度高，可设计性好，而且耐热冲击，耐腐蚀，吸震性好等优点，从而适用于不同结构和形状产品的外壳制作。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的实施例一种采用复合材料外壳的机器人的结构示意图；
图2为本发明的实施例一种采用复合材料外壳的机器人的横截面图图；
图3为本发明的实施例一种采用复合材料外壳的机器人的纤维铺设结构示意图。
其中：1、移动轮；2、底盘；3、显示屏；4、电池保护板放置腔防爆外壳；5、电池腔防爆外壳；6、主控外壳；7、本安型气体传感器；8、接线腔防爆外壳；9、充电口防爆外壳。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
图1为本发明的实施例一种采用复合材料外壳的机器人的结构示意图；图2为本发明的实施例一种采用复合材料外壳的机器人的横截面图图；图3为本发明的实施例一种采用复合材料外壳的机器人的纤维铺设结构示意图，如图所示，本发明的结构包括车体和传动设置于所述车体底端的移动轮1，所述车体包括底盘2和固定于所述底盘2顶端的外壳，所述外壳包括依次固定的电池腔防爆外壳5、电池保护板放置腔防爆外壳4、接线腔防爆外壳8和主控外壳6，所述电池腔防爆外壳5、所述电池保护板放置腔防爆外壳4、所述接线腔防爆外壳8和底盘2均由复合材料一体铺设成型，采用模块化设计，便于组装，且通过同时分别加工各个零件后集中组装，提高了生产效率。
具体的，所述复合材料包括以下组分：碳纤维、高强玻璃纤维、环氧阻燃树脂和导电石墨粉。所述复合材料按照百分比包括以下组分：按照百分比包括以下组分：30.5％～36.1％碳纤维、24.4％～28.9％高强玻璃纤维、35％～45％环氧阻燃树脂和0.35％～1.35％导电石墨粉。
优选的，所述主控外壳6内固定有主控单元和摄像头；所述电池腔防爆外壳5内固定有锂电池；所述电池保护板放置腔防爆外壳4内固定有锂电池保护板；所述接线腔防爆外壳8内布置有连接线，所述接线防爆外壳8上设置有充电口防爆外壳9；所述锂电池依次经所述锂电池保护板、所述连接线与所述主控单元电连，所述主控单元还与摄像头电连。所述接线腔防爆外壳8外侧固定有显示屏3，所述保护板和所述主控单元均与所述显示屏3电连，主控壳体壁厚为6mm，其他分腔体壁厚为3mm，法兰面为12mm。
所述主控外壳和所述电池腔防爆外壳之间固定有本安型气体传感器，本安型气体传感器与主控单元电连。
一种采用复合材料外壳的机器人的复合材料外壳的制作方法，包括以下步骤：
S1、备料
首先将碳纤维和高强玻璃纤维裁剪成片，备用，然后向环氧阻燃树脂内添加导电石墨粉，混合均匀后备用；
S2、铺层
将片状碳纤维和高强玻璃纤维交替铺设于模具内，铺设上层纤维时挤压下层纤维，排除层间空气，且所有剪口均错开对接，同时每一层纤维材料错开对接，铺设过程中填充混合有导电石墨粉的环氧阻燃树脂，铺设完毕后合模；
优选的，步骤S2中碳纤维和高强玻璃纤维按照0°、-45°、+45°、+90°、-45°、+45°、0°的铺设角度交替铺层，本实施例中的+-是在平面上建立平面坐标系确定的；
剪口的错开距离不小于20mm，裁剪速度0-2m/s，精度0.02mm；
纤维材料的对接间隙不大于1.5mm；
胶水的用量为10-20ml/m2；
阻燃磷粉用量小于15g/m2。
S3、注胶
经模具底端向模具内部注入胶水，同时经模具顶端抽气，直至环氧阻燃树脂完全浸渍纤维，保压10min；
优选的，步骤S3中经真空泵抽气，抽气速率≥3L/s，抽气速率200m3/h；
保压过程中，当内真空度低于0.075MPa，就说明保压状况良好；
灌注胶水过程中需要缓慢注入，保证产品注透，固化后内部不出现干布现象。
S4、固化
将灌注完的预制件送入烤箱，预升温30℃保温2h，然后升温至100℃保温6h，同时每隔一段时间观察，避免出现真空袋漏气情况发生，升温至环氧阻燃树脂固化温度，保温时间12h，直至完全固化；
优选的，步骤S4中烤箱工作温度为：室温常温+25℃～200℃，升温速率1-10℃/min，控温精度为±3℃，炉温均匀性为±2℃。
S5、脱模
脱模时依据预留撬模口进行拆卸模具，取出预制件；
S6、后处理
利用打磨工具打磨预制件表面毛刺；
S7、机加工
利用加工中心机床对预制件进行开槽、打孔，便于后期的安装和组装；
S8、检验。
检验标准：产品表面：无划伤、磕碰，无贫胶、褶皱等外观缺陷，无毛刺。飞边壳体法兰面检验：壳体与盖板装配间隙≤0.5mm(检验手段：刀口尺、塞尺)。依据工艺文件和图纸对产品进行尺寸检验(检验手段：游标卡尺、卷尺)。
且生产环境条件：水、电、设备等应满足生产条件的要求，工作场所良好通风，厂房温度20℃-30℃(恒温室内)，相对湿度不大于85％。
故经上述材料组成的复合材料制成的外壳具有一致性好，质量轻，强度高，可设计性好，而且耐热冲击，耐腐蚀，吸震性好等优点，更具体的，复合材料弯曲强度在500MPa以上；在对应热稳定曲线20000h点的温度指数Tl，在该点按照GB/T 11026.1-2003、GB/T11026.2-2000和GB/T9341-2008测定，其弯曲强度降低不超过50％；能够通过GB3836.1-2010《爆炸性环境第1部分：设备通用要求》26.10光老化试验、26.13非金属材料外壳部分的表面电阻测定、附录Cl类电气设备的特殊要求、C.3规定的燃烧性试验；能够通过GB3836.1-2010《爆炸性环境第1部分：设备通用要求》26.4.2抗冲击试验、26.8耐热试验、26.9耐寒试验、26.11I类电气设备的耐老化学试剂试验和GB3836.2-2010《爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳″d″保护的设备》15.1外壳耐压试验、15.2内部点燃不传爆试验、19.3.1.3火焰烧蚀试验。
因此，本发明采用上述结构的采用复合材料外壳的机器人，通过采用一体成型制成的机器人外壳，较传统的焊接钢结构外壳，具有一致性好，质量轻，强度高，可设计性好，而且耐热冲击，耐腐蚀，吸震性好等优点，从而适用于不同结构和形状产品的外壳制作。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种采用复合材料外壳的机器人，包括车体和传动设置于所述车体底端的移动轮，所述车体包括底盘和固定于所述底盘顶端的外壳，其特征在于：所述外壳包括依次固定的电池腔防爆外壳、电池保护板放置腔防爆外壳、接线腔防爆外壳和主控外壳，所述电池腔防爆外壳、所述电池保护板放置腔防爆外壳、所述接线腔防爆外壳和所述底盘均由复合材料一体铺设成型。
2.根据权利要求1所述的一种采用复合材料外壳的机器人，其特征在于：所述复合材料包括以下组分：碳纤维、高强玻璃纤维、环氧阻燃树脂和导电石墨粉。
3.根据权利要求2所述的一种采用复合材料外壳的机器人，其特征在于：所述复合材料按照百分比包括以下组分：按照百分比包括以下组分：30.5％～36.1％碳纤维、24.4％～28.9％高强玻璃纤维、35％～45％环氧阻燃树脂和0.35％～1.35％导电石墨粉。
4.根据权利要求1所述的一种采用复合材料外壳的机器人，其特征在于：所述主控外壳内固定有主控单元和摄像头；
所述电池腔防爆外壳内固定有锂电池；
所述电池保护板放置腔防爆外壳内固定有锂电池保护板；
所述接线腔防爆外壳内布置有连接线，所述接线腔防爆外壳上设置有充电口防爆外壳；
所述摄像头防爆外壳内固定有摄像头；
所述锂电池依次经所述锂电池保护板、所述连接线与所述主控单元电连，所述主控单元还与摄像头电连。
5.根据权利要求4所述的一种采用复合材料外壳的机器人，其特征在于：所述接线腔防爆外壳外侧固定有显示屏，所述保护板和所述主控单元均与所述显示屏电连。
6.根据权利要求1所述的一种采用复合材料外壳的机器人，其特征在于：所述主控外壳和所述电池腔防爆外壳之间固定有本安型气体传感器。
7.一种基于上述权利要求1-6任一项所述的一种采用复合材料外壳的机器人的复合材料外壳的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、备料
首先将碳纤维和高强玻璃纤维裁剪成片，备用，然后向环氧阻燃树脂内添加导电石墨粉，混合均匀后备用；
S2、铺层
将片状碳纤维和高强玻璃纤维交替铺设于模具内，铺设上层纤维时挤压下层纤维，排除层间空气，且所有剪口均错开对接，同时每一层纤维材料错开对接，铺设过程中填充混合有导电石墨粉的环氧阻燃树脂，铺设完毕后合模；
S3、注胶
经模具底端向模具内部注入胶水，同时经模具顶端抽气，直至环氧阻燃树脂完全浸渍纤维，保压10min；
S4、固化
将灌注完的预制件送入烤箱，预升温30℃保温2h，然后升温至100℃保温6h，同时每隔一段时间观察，避免出现真空袋漏气情况发生，升温至环氧阻燃树脂固化温度，保温时间12h，直至完全固化；
S5、脱模
脱模时依据预留撬模口进行拆卸模具，取出预制件；
S6、后处理
利用打磨工具打磨预制件表面毛刺；
S7、机加工
利用加工中心机床对预制件进行开槽、打孔；
S8、检验。
8.根据权利要求7所述的一种采用复合材料外壳的机器人的复合材料外壳的制作方法，其特征在于：步骤S2中碳纤维和高强玻璃纤维按照0°、-45°、+45°、+90°、-45°、+45°、0°的铺设角度交替铺层；
剪口的错开距离不小于20mm；
纤维材料的对接间隙不大于1.5mm；
胶水的用量为10-20ml/m2；
阻燃磷粉用量小于15g/m2。
9.根据权利要求7所述的一种采用复合材料外壳的机器人的复合材料外壳的制作方法，其特征在于：步骤S3中经真空泵抽气，抽气速率≥3L/s，抽气速率200m3/h；
保压过程中，当内真空度低于0.075MPa，就说明保压状况良好；
灌注胶水过程中需要缓慢注入，保证产品注透，固化后内部不出现干布现象。
10.根据权利要求7所述的一种采用复合材料外壳的机器人的复合材料外壳的制作方法，其特征在于：步骤S4中烤箱工作温度为：室温常温+25℃～200℃，升温速率1-10℃/min，控温精度为±3℃，炉温均匀性为±2℃。
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