Diseño y selección de conectores para un cobot
Seleccionar la conectividad para un robot colaborativo puede parecer sencillo hasta que se consideren los requisitos en conjunto. Una conexión puede necesitar transportar energía y datos, sobrevivir al movimiento continuo, caber dentro de un paquete mecánico restringido, soportar el entorno operativo y mantenerse accesible para el mantenimiento.
Eso hace que la selección de conectores sea más que una decisión de compra de componentes. Para los OEM fabricantes originales, integradores de sistemas y equipos de compras, la elección puede influir en el diseño mecánico, instalación, los requisitos de mantenimiento y la confiabilidad a largo plazo de la máquina terminada.
La conectividad híbrida puede ofrecer una forma de responder a estos requisitos en competencia. Las arquitecturas modulares de conectores pueden reunir diferentes tipos de circuitos en una interfaz común. Sistemas como ILME MIXO (Sistema modular de conectores de alta resistencia) demuestran el concepto modular, en el que diferentes funciones de conexión pueden organizarse dentro de un marco compartido de conectores.
El paso importante es evaluar la solicitud completa antes de decidir si la consolidación tiene sentido.
1. Definir primero los circuitos
El punto de partida debe ser las funciones que la conexión debe soportar.
Un robot colaborativo o cobot puede requerir alimentación de motor, retroalimentación del codificador, señales de seguridad, conexiones de sensores de bajo voltaje y comunicaciones industriales. Estos circuitos no tienen requerimientos eléctricos idénticos.
Los contactos de alimentación deben acomodar su corriente especificada. Los canales de datos deben preservar la integridad de la señal. Los circuitos de seguridad tienen sus propios requisitos de fiabilidad.
Por tanto, un enfoque híbrido debe seleccionarse solo después de comprender los requisitos individuales del circuito. Combinar funciones es una estrategia de empaquetado, no un sustituto de la ingeniería específica de circuito.
2. Examinar el movimiento del robot
La siguiente pregunta es mecánica. Un conjunto de conector y cable utilizado en una carcasa estacionaria enfrenta condiciones muy diferentes a uno instalado dentro de un robot en movimiento. La aceleración, rotación, flexión y torsión repetidas pueden fatigar gradualmente el cable y sus terminaciones.
La evaluación debe incluir:
- Radio mínimo de curvatura
- Requisitos dinámicos de vida útil flexible
- Resistencia torsional
- Construcción de la cadena conductora
- Peso del cable
- Material de la chaqueta
- Idoneidad para el movimiento continuo
La distinción entre servicio de cable estático y dinámico es especialmente importante. Un cable convencional puede satisfacer los requisitos eléctricos y, aun así, no ser adecuado para movimientos robóticos repetidos.
3. Evaluar la ruta completa de enrutamiento
La selección de conectores no debería hacerse independientemente del enrutamiento mecánico.
El conjunto debe moverse a través de todo el rango de movimiento del robot sin doblarse excesivamente, abrasiones ni interferencias. Deben considerarse la rotación de la articulación, el recorrido del cable, el espacio disponible y la distribución del peso del cable.
Un conector híbrido puede reducir el número de caminos de cable independientes, lo que puede ser ventajoso en conjuntos compactos. Pero el cable consolidado resultante también puede ser más grande o menos flexible.
Por tanto, la comparación correcta es entre soluciones completas de enrutamiento, no entre recuentos individuales de conectores.
4. Examinar el alivio de esfuerzos
Un conector debe establecer la interfaz eléctrica sin convertirse en el punto principal de carga para un cable móvil.
El alivio de la tensión o esfuerzo ayuda a evitar que el movimiento y las fuerzas externas se transfieran directamente a los conductores y contactos. En una aplicación robótica, el diseño debe acomodar vibraciones, aceleraciones, flexiones repetidas, torsión y manejo durante el mantenimiento.
Esto resulta especialmente relevante cuando varios circuitos comparten un mismo ensamble. La integridad mecánica de ese conjunto común puede influir en varias funciones simultáneamente.
5. Evaluar los requisitos de EMC o Compatibilidad Electromagnética
La energía y los datos pueden compartir una interfaz física, pero eso no significa que puedan tratarse como eléctricamente intercambiables.
Los circuitos de alimentación pueden producir interferencias electromagnéticas que afectan a señales sensibles y vías de comunicación. Por lo tanto, la evaluación debe considerar la eficacia del blindaje, la puesta a tierra, la separación de contactos, la construcción de cables y los requisitos de los canales de datos.
Los equipos de compras no necesariamente necesitan realizar el análisis EMC ellos mismos, pero deben asegurarse de que la solución seleccionada haya sido evaluada dentro de la arquitectura del sistema prevista.
6. Emparejar el conector con el entorno
El entorno operativo puede eliminar opciones que de otro modo resultan atractivas.
Los cobots pueden usarse en fabricación, envasado, procesamiento de alimentos, manipulación de materiales, laboratorios y logística. La exposición al polvo, humedad, lavado, productos de limpieza, vibraciones, variaciones de temperatura o impactos mecánicos puede afectar al conector y al conjunto del cable.
Los criterios de selección relevantes incluyen el material de la carcasa, el método de sellado, la construcción de la cubierta del cable, el blindaje y la durabilidad mecánica general.
Un diseño híbrido debe cumplir con los requisitos medioambientales de la aplicación igual que lo haría un conector convencional. La consolidación nunca debe considerarse motivo para comprometer la protección.
7. Considerar la disponibilidad
El costo inicial de compra es solo una parte de la decisión de conectividad. Los requisitos de mantenimiento y sustitución pueden afectar al costo total de operación del equipo.
La conexión debe ser lo suficientemente accesible para que los técnicos inspeccionen, solucionen problemas y sustituyan componentes sin desmontar innecesariamente. La identificación del circuito también debe permanecer clara.
La conectividad híbrida puede reducir el número de puntos de conexión que requieren inspección, pero puede crear una mayor dependencia de cada interfaz compartida. Si una conexión soporta varias funciones, su fallo puede tener un efecto más amplio.
Por tanto, la especificación de compra debe considerar el acceso al servicio y las consecuencias de fallos, junto con el rendimiento eléctrico y mecánico.
8. Comparar la modularidad con la aplicación
La modularidad puede ser útil cuando las configuraciones de equipos varían o cuando se deben acomodar varios tipos de circuitos electrónicos en un espacio limitado. Una arquitectura configurable permite adaptar la disposición de la conexión a los requisitos de la aplicación en lugar de depender de una sola disposición fija de contactos.
Sin embargo, la modularidad debería resolver un problema de ingeniería definido. Tiene poco valor seleccionar una arquitectura más configurable si la aplicación no se beneficia de esa flexibilidad.
La decisión debe basarse en la combinación de circuitos del robot, el espacio disponible, la estrategia de mantenimiento, las condiciones ambientales y los requisitos futuros esperados.
Desde la selección de componentes hasta la evaluación del sistema
Un proceso de compra sólido va más allá de la clasificación eléctrica individual o las dimensiones físicas del conector. La cuestión relevante es si la solución completa de conectividad satisface los requisitos del robot.
Por tanto, una evaluación útil puede abarcar seis áreas:
- Eléctrico: ¿Puede cada circuito funcionar dentro de sus requisitos?
- Mecánico: ¿Puede el ensamble sobrevivir a movimientos continuos?
- Enrutamiento: ¿Puede caber y moverse por el espacio disponible del robot?
- Medioambiental: ¿Puede soportar las condiciones operativas?
- Servicio: ¿Pueden los técnicos mantenerlo eficientemente?
- Ciclo de vida: ¿La arquitectura seguirá siendo práctica a medida que el equipo se mantenga o modifique?
Este enfoque también crea una base más clara para comparar diferentes soluciones de conectividad. En lugar de seleccionar principalmente por cantidad de conectores o costo inicial, los OEM e integradores pueden comparar cómo cada arquitectura aborda la aplicación completa.
Proceso de selección
La conectividad híbrida no es automáticamente la solución correcta para todos los sistemas robóticos. Las conexiones separadas pueden seguir siendo apropiadas cuando los requisitos del circuito, la disposición física, las condiciones ambientales o el mantenimiento las favorezcan.
Sin embargo, cuando varias funciones deben ser enrutadas a través de una estructura móvil compacta, una arquitectura híbrida puede ofrecer una alternativa práctica.
El proceso de selección más eficaz comienza con el robot en lugar del conector. Una vez que se establecen el movimiento, los requisitos eléctricos, el enrutamiento, el entorno, la EMC, la capacidad de servicio y las necesidades del ciclo de vida, la arquitectura de conectividad adecuada se vuelve más fácil de definir.
Por staff de Mencom
