ロボット用各種材料

ここではロボットの手や足,胴体などに使われる構造材の特性一覧を紹介します.値はあくまで比較用の参考値であり,製品や加工条件によって大きく異なることがあります.

 ロボット用の材料を考えたとき,まず考慮すべきなのが比重,ヤング率です.比重は水=1g/cm^3を基準とした材料の単位体積あたりの重量で,1より小さいと水に浮くことになります.鉄に対してアルミ合金が約1/3,さらにC-FRPではアルミ合金の2/3程度となります.
 ヤング率は材料の持っている剛性,変形しにくさで,値が大きいほど硬く変形しにくい材料といえます.こちらも鉄に対してアルミ合金は1/3程度ですが,C-FRPでは鉄と同等の値を持つグレードもあります.
ヤング率を比重で割った値を比較すると,各材料単位重量あたりの剛性が分かります.この値が大きいほど,同じ重さでも変形しにくい強い材料だといえます.これでみると鉄とアルミはほぼ同じ値となります.つまりアルミは鉄の1/3で軽いが,その分剛性も1/3しかない(3倍やわらかい)ので鉄と同じ荷重を持たせようとしたら3倍の量を使う必要があり,結局総重量的には同じになるというイメージです.実際には形状を工夫して断面2次モーメント等で有利になるケースもありますが,この値が大きい材料ほど,そもそもの素材のポテンシャルが高いといえます.
引張り強度とは,材料を引張っていったときに破断する応力です.通常ロボットなどで使う場合,よっぽどのことがない限り引きちぎれるということはないので,金属材料ではとくに意識しなくても良いと思いますが.アクリルなどの割れやすい材料では注意しないといけません.

■比重,ヤング率(剛性)

■ヤング率/比重=ある重量における材料の変形しにくさ

■引張り強度


比重 ヤング率 ヤング率/比重 引っ張り強度
g/cm^3 GPa MPa
ステンレス(SUS304) 7.90 199.14 25.2 520
炭素鋼(S45C) 7.86 205.80 26.2 600
鉄(SS400) 7.87 192.08 24.4 400
アルミ合金(A2017) 2.70 69.09 25.6 400
純チタン 4.60 106.33 23.1 654
マグネシウム合金 1.80 44.10 24.5 280
真鍮(C3604) 8.43 100.94 12.0 360
アクリル(メタクリル)樹脂 1.19 3.14 2.6 65
ABS樹脂 1.20 2.65 2.2 35
PP(ポリプロピレン)樹脂 0.90 1.47 1.6 60
PC(ポリカーボネート)樹脂 1.23 2.45 2.0 104
ジュラコン(POM) 1.41 3.43 2.4 100
C-FRP(低級グレード) 1.53 117.60 76.9 2700
C-FRP(高級グレード) 1.53 225.40 147.3 3920
C-FRPマグネシウム合金 2.03 539.00 265.5 998