מדריך חיווט Cobot: 9 כללי עיצוב לתנועה אמינה

יצרן ציוד מקורי לאריזה פרס 62 רובוטים שיתופיים על פני שלושה קווים, ולאחר מכן איבד 11 משמרות לא מתוכננות ברבעון הראשון בגלל שרתמת היד לא הפסיקה להיכשל ליד אוגן הכלי. הסיבה העיקרית לא הייתה מותג הקובוט. זו הייתה חבילת חיווט שנבנתה כמו חיווט מכונה סטטי: מוליכים מעורבים של מתח וקלט/פלט בחבילה אחת, ללא לולאת שירות מבוקרת, ורדיוס עיקול שקרס מתחת לקוטר הכבל פי 7 בכל פעם שהזרוע הגיעה לתוך קרטון. סט הכבלים החלופי עלה פחות מ-1% מהתא. זמן ההשבתה עלה יותר מהרובוט כולו.

אינטגרטור שני השתמש בגישה שונה בתא בחירה-ומקום דומה. הם מפצלים כוח סרוו, משוב מקודד ומעגלי חיישן מתח נמוך; התאים את הז'קט לשטיפת חומר ניקוי; ואימת את מילוי הספק כדי להישאר מתחת ל-60%. התא הזה עבר 3 מיליון מחזורים לפני החלפת הכבל המתוכננת הראשונה שלו. הלקח הוא פשוט: חיווט קובוט נכשל בשלב מוקדם כאשר צוותים מתייחסים לתנועה, מיגון ותחזוקה כפרטים של רצפת החנות במקום תשומות עיצוביות.

מדריך זה נכתב עבור קונים ומהנדסים המגיעים למכלולי כבלים מותאמים אישית, רתמה פנימית של זרוע הרובוט, כבלים לגרור שרשרת, וכבלים של מנוע סרוו עבור motor-cllaborative) רובוטים, זרועות רובוטים תעשייתיים, ו-AGV/AMR systems. הוא מתמקד בהחלטות החיווט המשפיעות באופן הישיר ביותר על זמן פעולה, יכולת שירות ואיכות הייצור הניתנת לחזרה.

מדוע חיווט קובוט נכשל מוקדם ממה שהצוותים מצפים

רובוטים שיתופיים נראים עדינים מבחינה מכנית מכיוון שהמטלות נמוכות יותר והמהירויות בדרך כלל נמוכות מאלה של זרועות תעשייתיות גדולות. אולם מבחינה חשמלית ומכנית, מערכת הכבלים עדיין דינמית. הרתמה רואה כיפוף מתמשך, פיתול מדי פעם, החלפות כלים מונעות על ידי מפעיל, ניקוי כבלים ושינויים בצד הארון במהלך ההפעלה. רוב התקלות המוקדמות נובעות מחסימות של פשרות קטנות: מחבר התלוי ללא תמיכה לאורך 120 מ"מ, מגן קשור בצמת במקום סיום של 360 מעלות, כבל בעל גמישות גבוהה המוצב בנתיב שצריך למעשה דירוג פיתול, או כבל חיישן M8 מנותב לצד כוח המנוע בתוך אותו מנשא. אף אחת מהטעויות הללו לא נראית דרמטית ביום 1. ביחד הן מייצרות תקלות לסירוגין עד לחודש 3.

אם ערכת כבלי קובוט צריכה לשרוד 3 עד 5 מיליון מחזורי תנועה, יש להגדיר שחרור מתיחה, רדיוס כיפוף וסיום מגן לפני אב טיפוס 2, לא אחרי FAT.

— Hommer Zhao, מייסד, מכלול כבלים לרובוטיקה

כלל 1: תחילה תנועת מפה, רדיוס כיפוף ולולאת שירות

עיצוב החיווט הנכון מתחיל בגיאומטריית תנועה, לא בדפי קטלוג מחברים. מדוד את הנתיב האמיתי דרך כל תנוחת רובוט, לא את המרחק הסטטי הקצר ביותר בין נקודות הקצה. בקובוטים, נקודת הלחץ הגרועה ביותר היא לרוב המעבר לצד הכלי שבו הרתמה עוזבת יציקת זרוע קומפקטית ונכנסת לתושבת EOAT. המעבר הזה צריך מספיק אורך פנוי כדי לספוג תנועה, אבל לא כל כך רפיון שהכבל יצליף או ישפשף. בפועל, הצוותים צריכים להגדיר רדיוס עיקול מותקן מינימלי של 7x עד 10x קוטר כבל להזזת כבל רובוטי אלא אם גיליון הנתונים של הכבלים הנבחר נותן ערך נבדק שונה. אם הזרוע מסתובבת דרך צירים מעורבים, בדוק גם כיפוף וגם פיתול במקום להניח שמספר שרשרת גרור מכסה הכל.

1. צלם תנוחות ביתיות, הגעה, התאוששות ותחזוקה לפני הקפאת אורך הרתמה.
2. מדוד את רדיוס הכיפוף המותקן הקטן ביותר בכל מהדק, מדריך ומחבר יציאה.
3. לולאת שירות מילואים רק היכן שהתנועה זקוקה לה; רפיון בלתי מבוקר יוצר נקודת בלאי משלו.
4. רשום את מרווחי המהדקים, שיטת הקשירה והאורך המותר לתליה חופשית על אריזת הציור.

כלל 2: הפרד נתיבי כוח, משוב ותקשורת

בעיות קובוט רבות שנראות כמו באגים בתוכנה הן כשלים בהפרדה בחיווט. כוח מנוע, קווי בלמים, זוגות מקודד, אתרנט ו-I/O של חיישני 24V אינם שייכים לאותה צרור לא מבוקר. קצוות מיתוג סרוו ומעברי בלמים יכולים להזרים מספיק רעש כדי להשחית משוב ברמה נמוכה או מנות Ethernet תעשייתיות, במיוחד כאשר זרוע קומפקטית משאירה מעט הפרדה פיזית. השתמש בניתוב מחולק בכל מקום אפשרי: מתח באזור אחד, משוב ותקשורת באזור אחר, וחיישנים ברמה נמוכה באזור שלישי. כאשר הניתוב חייב לשתף ספק, השתמש במחלקים והרחיק מעגלי אות מעוותים ממוליכים בעלי זרם גבוה.

כלל 3: בחר מבנה כבל עבור נתיב התנועה בפועל

לא כל כבל נע בקובוט זקוק לאותה מבנה. ניתוב זרועות פנימי זקוק לרוב לרתמה קומפקטית וסובלת פיתול. נסיעה אופקית חיצונית עשויה להיות משרתת טוב יותר על ידי כבלים לגרור שרשרת ייעודיים. מפעילים בצד הכלים משלבים לעתים קרובות כוח ואות במכלול מוגן מכלול כבל יצוק, בעוד שהארון הבסיסי עשוי להזדקק למעבר נקי יותר אל חיווט ארון בקרה. צוותי רכש חוסכים זמן כשהם מפסיקים לבקש סוג כבל אוניברסלי אחד ובמקום זאת מגדירים את אזור התנועה לכל ענף. כבל ששורד 10 מיליון מחזורי גרירה של שרשרת עדיין יכול להיכשל במהירות בתנועת כיפוף ופיתול משולבת בתוך פרק כף היד של רובוט.

כלל 4: הגן על מחברים והפגת מתחים כמו פריטים ללבוש

כשלים במחברים ברובוטים שיתופיים הם בדרך כלל מכניים ראשונים ושני חשמליים. מחבר M8, M12 או מותאם אישית מעגלי יכול לעמוד ביעד הזרם וה-IP הנכונים, ואז עדיין להיכשל מכיוון שהרתמה משאירה את המעטפת האחורית לא נתמכת. השתמש בקונכיות אחוריות, אתחול או בסוגריים מהדקים כדי שסיום המגע לא ישא את מלוא עומס התנועה. עבור מחליפי כלים ומודול קצה הזרוע, הגדירו בדיקת שמירה הכוללת כוח החדרה, התנגדות לשליפה וזווית יציאת הכבל לאחר ההרכבה הסופית. כאשר היישום כרוך בשינויי כלים חוזרים ונשנים, ספור את מחזורי ההזדווגות במהלך סקירת התכנון. מחבר מדורג ל-100 מחזורים אינו בחירה ידידותית לתחזוקה בתא שמחליף תפסים מדי שבוע.

כלל 5: מגנים קרקעיים עבור האות שאתה נושא בפועל

מיגון אינו שדרוג דקורטיבי. זה עובד רק כשהסיום תואם למעגל. מיגוני כבל מתח סרוו זקוקים בדרך כלל להארקה של 360 מעלות בעכבה נמוכה בשני הקצוות כדי להכיל רעשי מיתוג בתדר גבוה. המקודד וחלק ממגני הנתונים עשויים להזדקק להארקה קצה אחד בהתאם לתכנון הכונן או הרשת. העניין הוא לעקוב אחר הפונקציה החשמלית, לא כלל אצבע פשטני מדי. הצוותים צריכים להתאים את הנוהג שלהם לדרישות יצרן הציוד ולמשמעת הבקרה הרחבה יותר המצויה בתקני הוועדה הבינלאומית לאלקטרוטכנית, ולאחר מכן לתעד את תוכנית המגן הזו בחבילת הבנייה. אם הטיפול במגן נשאר למרכיב על הספסל, וריאציה בשטח מובטחת.

לעתים רחוקות אנו רואים כשלים בשטח שנגרמו מטעות חיווט דרמטית אחת. אנו רואים שלוש פשרות קטנות מצטברות עד שאות 24V יורד מתחת לסף בדיוק בנקודה הלא נכונה במחזור הרובוט.

— Hommer Zhao, מייסד, מכלול כבלים לרובוטיקה

כלל 6: התאימו את המעיל, האיטום והמנשא לסביבה

מעבדת אלקטרוניקה נקייה, רציף AMR במחסן וקו קובוטים לעיבוד מזון אינם זקוקים לאותו כיסוי כבלים. PUR הוא לרוב ברירת המחדל הטובה ביותר עבור עמידות בפני שחיקה ושמן. TPE יכול להיות חזק יותר עבור גמישות חוזרת ונשנית בתנודת הטמפרטורה. סיליקון מתמודד עם חום אבל קל יותר לקרוע. PVC עשוי להיות מקובל בתוך ארון מוגן אבל הוא בדרך כלל מהלך חסכוני שגוי על זרוע דינמית. אותו היגיון חל על איטום חודר: אם השימוש הסופי מצפה לשטיפה, הגדירו איטום מחברים וגיאומטריית עובש סביב רמת החשיפה האמיתית במקום להשתמש בתביעת IP שהועתקה מקטלוג. נקודות התייחסות כגון קוד IP, הנחיית RoHS, ו-ISO 9001 אבל הן לא מחליפות את השאלות הנכונות לפני הבדיקה.

כלל 7: תכנון תחזוקה לתוך הרתמה

חבילת חיווט מוכנה לייצור רק כאשר טכנאי תחזוקה יכול לזהות, לבדוק ולהחליף אותה ללא ניחושים. זה אומר סניפים עם תווית, נקודות ניתוק נגישות וחבילת ציור התואמת לרתמה שנשלחה. זה גם אומר להיות מציאותי לגבי מרווחי השירות. אם הרובוט ירוץ שתי משמרות, חמישה ימים בשבוע, וכבל שורש כף היד מטופל כחומר מתכלה ל-24 חודשים, ציין את ההיגיון החלופי מלפנים. הדיונים הטובים ביותר ביכולות אינם עוסקים בהפיכת הכבל לבלתי אפשרי להחלפה; הם עוסקים בהחלפה מבוקרת, מהירה וחסינת טעויות.

• תווית את שני הקצוות וכל ענף מפוצל עם מזהים הנשלטים על גרסאות.
• שמור על גישה למחברים הניתנים להחלפה בשטח מבלי לפרק את הזרוע המלאה.
• השתמש במפתחות א-סימטריים או בקידוד צבע כאשר הסיכון לבני זוג לא נכון הוא גבוה.
• תיעוד מספרי חלקי חילוף עבור ערכת הכבלים המלאה ולענפים בעלי שחיקה גבוהה.
• הוסף קריטריונים לבדיקה עבור בלאי ז'קט, התרופפות מהדק ומשחק מחברים.

כלל 8: בדוק את אב הטיפוס כמו סט כבלי ייצור

בדיקת המשכיות בספסל אינה מספיקה. יש לאמת ערכות אב טיפוס של כבלים בנתיב התנועה בפועל עם המטען האמיתי, פרופיל התאוצה ושגרת הניקוי. אימות חשמלי צריך לכלול המשכיות, התנגדות בידוד, ובמקרה רלוונטי, בדיקות שלמות האות או אובדן מנות. אימות מכני צריך לכלול בדיקות משיכה על סיומים קריטיים, תצפית על נסיעות מוביל ובדיקה לאחר מחזור במהדקים ויציאות מחברים. כאשר התוכנית היא בעלת נפח גבוה, השתמש בשלב האב-טיפוס כדי להגדיר קריטריוני קבלה לייצור, לא רק כדי להוכיח שדגימה אחת שנבנתה ביד יכולה לזוז פעם אחת.

כלל 9: הקפאת תחליפים ותיעוד לפני הגדלה

סולם חושף כל הנחה לא מתועדת. בניית פיילוט עשויה לשרוד עם מגרש מחברים אחד, טכנאי מיומן אחד וטריק ניתוב אחד זכור. ייצור נפח מצריך בקרת גרסאות. תחליפים מאושרים להקפאה למשפחות חוטים, מחברים, אטמים, תוויות ותבניות יתר. קשר אותם לאותה תוכנית בדיקה חשמלית ומכאנית המשמשת לתצורה הראשית. זה חשוב במיוחד עבור פתרונות מחברים מותאמים אישית, רתמות היברידיות וכל ענף שנכנס לראש כלי קומפקטי. אם מוצגים חלופיים לאחר השחרור, הם צריכים להפעיל סקירה, לא אימפרוביזציה בספסל.

מוביל כבלים יכול להגן על תנועה או להרוס אותה. ברגע שהמילוי עולה על כ-60%, לחץ הדופן, החום ונקודות החצייה עולים במהירות, והכשל הראשון מופיע בדרך כלל בכבל האות הקטן ביותר.

— Hommer Zhao, מייסד, מכלול כבלים לרובוטיקה

רשימת בדיקה לקונים לפני שחרור הצעת המחיר

1. הגדר כל אזור תנועה: ארון סטטי, שרשרת גרירה חיצונית, זרוע פנימית וכיפוף בצד הכלי.
2. רשום זרם, מתח, קצב נתונים ודרישות מיגון עבור כל קבוצת מעגלים.
3. ציינו את רדיוס הכיפוף המינימלי, זווית הפיתול הצפויה וחיי מחזור היעד.
4. ציין את החשיפה הסביבתית: שמן, נוזל קירור, חיטוי, UV, ניתזי ריתוך או שטיפה.
5. קרא את הציפיות למחזור ההזדווגות של מחברים ושיטת הפגת המתחים הנדרשת.
6. זהה תחליפים מאושרים ומי יכול לאשר תחליפים.
7. דרוש כיסוי בדיקה חשמלית בתוספת כל בדיקת משיכה, בדיקת גמישות או אימות אובדן מנות.
8. קשרו את גרסת הרתמה לדגם הרובוט, לגרסה של EOAT ולסט מסמכי התחזוקה.

שאלות נפוצות

כמה זמן צריך להחזיק סט כבל קובוט?

אין מספר אוניברסלי ישר, אבל ענפי קובוט דינמיים מצוינים בדרך כלל בסביבות מיליון עד 5 מיליון מחזורים בהתאם לרדיוס העיקול, הפיתול, המהירות והסביבה. אם ספק אינו יכול לקשור את תביעת החיים לתנאי בדיקה, המספר הוא שיווקי, לא הנדסי.

האם חוטי חשמל ומקודד יכולים לחלוק את אותו מוביל כבלים?

כן, אבל רק עם הפרדה מבוקרת. השתמש במפרידים, שמור על מרווחים ואמת את דרישות הכונן והמקודד הספציפיות. בתאים קומפקטיים, 50 מ"מ של הפרדה או נתיב מחולק יכולים לעשות את ההבדל בין משוב יציב לבין תקלות לסירוגין.

באיזה רדיוס עיקול עלינו להשתמש עבור כבלים רובוטים משותפים?

התחל עם גיליון הנתונים של הכבלים. אם הערך הנבדק אינו זמין, צוותים רבים משתמשים בקוטר כבל פי 7 עד פי 10 כטווח עבודה שמרני להזזת כבל. פרקי כף היד הרובוטים הדוקים זקוקים לרוב לניתוב מותאם אישית מכיוון שכל דבר מתחת לסף זה מאיץ את עייפות הגדילים.

מתי אנחנו צריכים כבל בדירוג פיתול במקום כבל גרר שרשרת?

אם נתיב הכבל מתפתל שוב ושוב, במיוחד מעבר לפלוס מינוס 90 מעלות למטר, בקשו בנייה בדירוג פיתול. דירוג שרשרת גרור מתאר בעיקר כיפוף חוזר במישור אחד. פרקי ידי רובוט וחבילות שמלות לרוב זקוקות לבדיקה של שתי הבדיקות יחד.

אילו מחברים הם הטובים ביותר עבור נוסע קובוט וענפי חיישנים?

M8 ו-M12 נפוצים מכיוון שהם קומפקטיים וזמינים עם גרסאות אטומות של עד IP67 ומעלה, אך התשובה הנכונה תלויה בזרם, ספירת מחזורים ותביעת מקום. עבור תוכניות EOAT בעלות שינויים גבוהים, דירוג מחזור ההזדווגות והקלת המתחים חשובים כמו גודל המגע.

מה צריך להיכלל בהצעה לחיווט קובוט?

כלול לפחות שרטוטים, pinout, דגם רובוט, דגם EOAT, נתיב כבל, זרם ומתח, ספירת מחזור צפויה, סביבה, העדפת מחברים ובדיקות נדרשות. אם היעד הוא תוכנית ייצור, הוסף תחליפים מאושרים, נפח שנתי ואסטרטגיית החלפת תחזוקה.