《电子技术应用》
您所在的位置:首页 > 人工智能 > 解决方案 > 针对高级经济型机器人的智能布线解决方案

针对高级经济型机器人的智能布线解决方案

2020-10-13
作者:贸泽电子Mark Patrick
来源:贸泽电子

不断增大的市场、压力和机遇

桌面大小装配手臂机器人(SCARA)和能够与人类一起安全工作的协作机器人(collaborative robots)都属于微型工业机器人,它们能够使先进的自动化技术扩展到比以往范围更广的应用,而且对于小型企业来说也能够负担得起。易于使用的图形编程工具也加大了市场动力,能够让业主轻松实现控制,并具有很高灵活性,而无需对专业技能或培训进行大量投资。

工业机器人市场正呈现两位数的增长,到2025年可能超过400亿美元。随着商用无人机市场开始起飞,巨大的买方市场将迫使机器人供应商生产更多的设备,降低设备拥有成本,并更快地推出新的功能和特性。

为了满足这些需求,机器人制造商需要提高生产率,这要求减少构建和测试产品的时间,从各个方面改进效率。其中,对原有设计进行改进并尽可能地减少零部件数量,这样能够确保更容易进行组装,从而加快制造速度,简化生产物流,同时在缩短调试时间、简化维护以及提高可靠性等方面带来更多优势。

采用系统化的布线方法可最大限度地减少在整机中安装电源、信号和I/O连接的时间,从而能够兑现上述优势。对于无人机设计,高效的连接器系统可以提供配电组件(distribution unit),最大限度地减少电缆数量和电缆长度,从而能够降低机身重量。

工业自动化中的布线挑战

布线对于任何类型的自动化设备(无论是机器人还是其它设备)来说都可能是一项巨大挑战。复杂的机器或装配线可能包含有数百个 I/O 或更多,并且每个 I/O 都需要可靠、安全地连接到电源板或控制柜。传统的硬连线包含许多高度劳动密集型的工作,如剥线、焊接等,以及可能压接大量的点对点连接触点。

在完成所有连接并进行测试后,随后需要进行拆解以便运输,然后就地重新组装。通常,这种调试必须要派遣能够提供增值服务、训练有素的员工到客户现场进行管理,自然会增加供应商的间接费用。此外,每个接线和取消布线过程都会带来安装不正确或连接损坏的风险,修复错误会增加调试过程的时间和费用。更糟的是,如果没能够在机器运行之前发现问题,则补救成本可能更高。随后,在具有多个电机和驱动器的工厂中,需要机器设备在整个生命周期内进行日常维护和紧急故障排除,这样可能需要断开并重新连接数百个接触点以解决出现的问题。

利用模块化连接器系统有助于简化机器装配和维护,具有减少装配时间和调试时间,以及更轻松地进行维护和故障排除等优势。技术人员可以使用具有自定义配置的模块化组件快速断开机器,并直接插入便携式测试设备。此外,机器设备的整体稳定性和性能及其许多连接性能都可以提高,由于系统可靠性的提高和停机时间的最小化,客户可以因更高的生产率而受益。此外,模块化连接器系统能够提供高灵活性和高可扩展性,以便快速修改或扩展机器和产品线。

连接器系统在提供方便、高效且在某些情况下重量更轻连接方案的同时,必须满足其他标准,例如食品和饮料行业的特殊要求,这些要求包括允许使用化学品清洁,并且能够承受严格的冲洗程序。其他有价值的功能可能包括支持工业以太网网络中的 PROFINET 快速启动 (PROFINET Fast Startup,FSU) 和以太网/IO 快速连接(Ethernet/IO QuickConnect)等。

互连系统效率

Molex 的 Brad 互连系统已经在工业自动化领域得到广泛应用,其模块化设计确保了高灵活性和易用性,无需特殊工具即可进行安全组装和拆卸。Brad连接器符合相应的行业标准,如NFPA 79和IEC规范,可耐受工厂和室外环境中的恶劣工作条件。

Brad M23系列能够为同步机器人系统中的电机控制和配电提供快速模块化连接,该系统包含用于信号和电源应用的现场配置连接器和插座,适用于前部安装和后部安装应用的6极至19极配置。Brad电源连接器系统可提供"软布线(soft wiring)"设计,旨在满足机器人应用的需求,该系统还包括可处理高达28A的模块化M23电源连接器。

Brad系列还包括深受市场欢迎的M12螺纹格式连接器,具有卓越的EMI/RFI屏蔽和抗振性能出色的密封连接,且耐受苛刻条件的插座,以及能够将电源和数据连接结合在一起的Brad Hybrid连接器,这种布局能够节省空间,并缩短安装时间。

另一方面,虽然螺纹式连接能够提供安全可靠的互连,但如果连接器处于不易到达的位置,则在生产或维护期间进行连接和断开可能非常耗时,且具有很大的物理挑战性。兼容M12的Brad Ultra-Lock 系统(见图1)便于推拉连接器的应用,能够使传感器、执行器和其他控制设备实现方便、安全、可靠的连接。

 

MRXACI074(Fig2)11_Ultra-Lock_MPIS compatibility.jpg

图1:885031K03M020MicroChange M12 Chordset。(来源:Molex).

安装完成后,包括机器人在内的工业自动化系统可能会进行严格的冲洗程序,有时需要添加苛刻或腐蚀性清洁剂,食品和饮料行业的自动化设备就是最好的例证。而无人机和自动驾驶车辆等移动机器人在快速恢复使用之前,也需要使用高压清洗机进行频繁的清洁。Brad Ultra-Lock 组件采用的集成式径向密封可确保连接器、线套和配电箱处具备极高的入口保护性能(见图2)。这些组件的额定保护等级为IP69K,可承受80±5℃、高达100bar的高压喷水。此外,根据食品和饮料行业的要求,这些连接器没有传统M12硬线连接器中的螺纹槽,并具有光滑的不锈钢耦合,能够可靠地耐受清洁化学品。

MRXACI074(Fig1)885031K03M020MicroChange_M12_Chordset_closeup.jpg

图 2:Brad M12接线套件和坚固耐用的MPIS安全箱能够在恶劣的工厂环境下简化布线。(来源:Molex)

在在小型机器或无人机等空间受限或必须使整体重量最小化的应用中,支持M12的配电解决方案可减小单接线距离和主运行电缆尺寸,并节省安装时间。Brad多端口互连系统(MPIS)将传感器/执行器信号集中到一根主运行电缆中,可在机器设备上实现更好的机械架构布线。对于端接这些电缆,也有灵活的选项,包括 M16/M23连接器、现场端接螺钉端子或直接安装配置。此外,内置诊断电源和传感器LED显示有助于快速检测设备上的机器状态和故障。

自动工具更改兼容性

对于较大型机器设备或具有更多I/O的应用,主动联网Brad HarshIO模块可以帮助使电缆集中化,并且与M12 Ultra-Lock系统兼容,该系列产品中包括尺寸仅为30mm宽的紧凑型模块。

这些机器可安装模块支持所有重要的工业通信网络PLC连接和协议,包括PROFIBUS-DP、DeviceNet、CANopen、Modbus TCP、EtherNet/IP和PROFINET IO,并支持PROFINET FSU 和Ethernet/IP QuickConnect系统,使得它们非常适合于在高速装配应用中能够自动进行工具转换的机器人应用。

FSU 和 QuickConnect 可满足未来汽车行业的需求,其中数据通信的确立速度要快于传统工业以太网协议,而每一次改变都需要更换工具。在连接新工具后,两个系统都可引入额外的专用硬连线连接用于向主控制器发出信号。由于集成了支持 QuickConnect 或 FSU 所需的功能,Brad HarshIO 模块可通过自动工具更换机器人来简化工业以太网的应用。

自动化设备制造商正在寻求可在恶劣环境中实现经济高效、高密度、高性能和无缝集成现场总线连接的解决方案,他们可以使用支持EtherNet/IP和PROFINET的Brad IO-Link主模块(Master Modules),并结合IO-Link Digital Hubs.来满足系统要求。这些模块支持 IO-Link 通信标准,可将数字链路扩展到传感器和执行器级别。通过与 Brad IO-Link 数字 IO 集线器和模拟适配器结合使用,其模块化能力得到了进一步增强。Brad IO-Link 解决方案将所有机器信息集中到一个网络功能节点,是输送生产线、机器人、加油站、标签、货物托盘和机械臂端工具等应用的理想之选。

结论

市场机遇和商业压力是同一枚硬币的正反两面。为了更充分地利用目前蓬勃发展的高级机器人自动化市场机遇,供应商必须应对更大商业压力,降低单位成本和维护费用,同时保证更高可靠性和更高性能。

专为快速调试复杂机器和机器人系统而设计的模块化电源和连接解决方案对于实现上述目标可发挥关键作用。除了能够减少生产线上的人工外,工业机械和自动化系统的电气调试时间可缩短80%,总体安装成本可降低50%。同时,更小的尺寸和更轻的重量能够为无人机和自动驾驶车辆等移动机器人提供重要优势。此外,未来几代小型和敏捷机器人设计可将高级自动化的优势扩展到更广泛的客户群,这其中包括从事小型和空间受限产品的公司。

 


本站内容除特别声明的原创文章之外,转载内容只为传递更多信息,并不代表本网站赞同其观点。转载的所有的文章、图片、音/视频文件等资料的版权归版权所有权人所有。本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如涉及作品内容、版权和其它问题,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以便迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。联系电话:010-82306116;邮箱:aet@chinaaet.com。