Guida alle specifiche dei cavi servo ed encoder del robot

Una cella di pallettizzazione a sei assi ha iniziato a presentare guasti all'encoder dopo sole 11 settimane di produzione. I motori erano integri, gli azionamenti erano regolati correttamente e i registri del controller non mostravano difetti del software. Il vero problema era il set di cavi: il fornitore ha utilizzato un cavo di feedback con classificazione statica in un asse del polso in movimento, ha terminato lo schermo a 360 gradi a un'estremità ma ha lasciato un codino all'altra e ha consentito un raggio di curvatura che collassava durante il movimento a piena velocità. La linea ha perso 17 ore prima che il guasto fosse ricondotto alle specifiche del cavo piuttosto che all'elettronica.

I cavi del servo e dell'encoder sembrano normali su una distinta base, ma nella robotica si trovano all'intersezione tra erogazione di potenza, integrità del segnale, fatica del movimento, controllo EMI e accesso per la manutenzione. Se un team di approvvigionamento confronta solo il numero di conduttori e i numeri di parte dei connettori, perderà i dettagli che decidono se un braccio robotico funziona per 20 milioni di cicli o inizia a generare allarmi intermittenti nel primo trimestre.

Questa guida spiega come specificare i gruppi di cavi di alimentazione e feedback per servocablaggi interni del braccio robotico, cavi della catena portacavi, Erobot collaborativiin questo modo i team di progettazione e approvvigionamento possono acquistare per garantire l'affidabilità invece di sostituire i cavi dopo il lancio.

Perché i cavi del servo e dell'encoder si guastano per diversi motivi

I cavi di alimentazione del servo trasportano la corrente del motore, il rumore di commutazione dell'azionamento e talvolta i conduttori dei freni nello stesso percorso di movimento. I cavi dell'encoder trasportano segnali di feedback di basso livello che sono molto meno tolleranti agli spostamenti di impedenza, alle discontinuità della schermatura e ai micromovimenti del connettore. Trattarli come intercambiabili è uno dei modi più rapidi per creare viaggi fastidiosi, deviazioni di posizione o guasti sul campo difficili da ripetere.

La distinzione è importante perché un cavo che mantiene aservomotoreenergizzato può ancora corrompere unencoder incrementalecanale se la schermatura, la geometria della coppia o il metodo di messa a terra sono errati. In pratica, i cavi dei servo vengono solitamente sollecitati prima termicamente, mentre i cavi dell'encoder vengono solitamente sollecitati prima elettricamente.

Quando controlliamo i set di cavi robot guasti, circa il 60% dei problemi di servoalimentazione deriva dalla fatica meccanica o dal margine termico, mentre la maggior parte dei guasti dell'encoder è riconducibile alla disciplina EMC, al movimento del connettore o ai dettagli della terminazione della schermatura. La soluzione raramente è un'unità più costosa. È una specifica del cavo più chiara.

— Hommer Zhao, fondatore

Sette elementi di specifica che ogni richiesta di offerta dovrebbe definire

1. Dimensioni del conduttore, carico di corrente e aumento della temperatura

Il dimensionamento dei cavi di servoalimentazione inizia con la corrente continua, la corrente di picco, la temperatura ambiente, la densità di raggruppamento e il profilo di movimento. Un cavo elettricamente accettabile in aria libera potrebbe surriscaldarsi all'interno della cavità del braccio di un robot con flusso d'aria limitato e cicli di accelerazione ripetuti. Gli acquirenti dovrebbero indicare le dimensioni del conduttore, la caduta di tensione consentita, la finestra della temperatura operativa e se i conduttori del freno o del sensore condividono la stessa guaina.

2. Durata flessibile e valutazione della torsione

Il cavo a vassoio statico e il cavo dinamico di tipo robot non sono sostituti prossimi. Se il percorso include la rotazione del polso, il movimento interno da J4 a J6 o un portacavi, la richiesta di offerta deve indicare i cicli di flessione target, l'angolo di torsione per metro, la velocità di spostamento e l'accelerazione. Questo è particolarmente importante percavi del servomotoreEcavi per utensili all'estremità del braccioche vedono ripetute flessioni e torsioni.

3. Strategia di schermatura e messa a terra EMC

La maggior parte dei guasti intermittenti dell'encoder sono in realtà guasti EMC. La specifica dovrebbe indicare se il cavo necessita di lamina, treccia o schermatura combinata; se le schermature terminano a 360 gradi sui gusci posteriori dei connettori; e come l'assieme si interfaccia con la messa a terra dell'armadio. Per il cablaggio della macchina,compatibilità elettromagneticanon è facoltativo e il contesto del sistema spesso rimanda a essoCEI 60204-1stile delle aspettative di cablaggio della macchina anche quando gli esatti criteri di lavorazione provengono dal disegno dell'assemblaggio del cavo.

4. Raggio minimo di curvatura e zona di instradamento

Il raggio di curvatura sulla scheda tecnica è solo l'inizio. I documenti di approvvigionamento dovrebbero identificare la più piccola piegatura dinamica nella postura effettiva del robot, sia che il cavo corra all'interno di una fusione o in uncavo della catena portacavipercorso e dove sono consentiti i circuiti di servizio. I buoni assemblaggi falliscono quando gli installatori sono costretti a spostarsi in un raggio più piccolo di quello per cui il cavo è stato progettato per sopravvivere.

5. Famiglia di connettori, guscio posteriore e pressacavo

L'affidabilità dell'encoder spesso dipende più dall'uscita del connettore che dal corpo del cavo. La richiesta di offerta dovrebbe definire le famiglie di connettori approvati, la placcatura dei pin, il metodo di bloccaggio, il livello di tenuta, lo stile del guscio posteriore, i requisiti di sovrastampaggio o di rivestimento e le aspettative di estrazione. Questo è dovesoluzioni di connettori personalizzatiEcavi del sensore e del segnalespesso necessitano di una convalida specifica dell'applicazione piuttosto che di ipotesi di catalogo.

6. Materiale e ambiente della giacca

Nebbia d'olio, refrigerante, raggi UV, prodotti chimici di lavaggio, spruzzi di saldatura e avvio a bassa temperatura sono tutti fattori che influenzano la scelta della camicia. Il PUR è comune per l'abrasione e gli oli, il TPE può essere più resistente in ampie finestre di temperatura e il PVC dovrebbe solitamente rimanere nelle zone statiche dell'armadio anziché negli assi del robot in movimento. Se l'applicazione è acablaggio del quadro elettricopacchetto piuttosto che un giunto mobile, la decisione relativa al materiale potrebbe essere diversa anche quando la famiglia di connettori rimane la stessa.

7. Ambito del test, tracciabilità e documenti

Una richiesta di offerta per un cavo robot utilizzabile non definisce solo la continuità. Dovrebbe specificare la continuità pin-to-pin, la resistenza di isolamento, la continuità della schermatura, l'hipot quando richiesto, i controlli di ritenzione del connettore, il formato dell'etichetta e la serializzazione se la cronologia della manutenzione è importante. Per la lavorazione e l'accettazione di cablaggi e set di cavi, molti team abbinano il loro pacchetto di disegni ai principi riassunti nel nsGuida alla robotica IPC/WHMA-A-620in questo modo i fornitori sanno dove finisce l'accettazione visiva e iniziano gli obblighi di test specifici del progetto.

Il preventivo per il cavo del robot più costoso è spesso quello che sembrava più economico il primo giorno. Se una richiesta di offerta omette cicli flessibili, torsione, metodo di schermatura e ambito di prova, due fornitori possono citare lo stesso codice prodotto con margini di affidabilità che differiscono di 10 volte o più.

— Hommer Zhao, fondatore

Modelli di fallimento comuni e come prevenirli

Questi problemi raramente esistono isolatamente. Un cavo di alimentazione con una durata di piegatura marginale può anche aumentare l'usura dello schermo. Un connettore che non è sottoposto correttamente allo scarico della tensione può far sembrare rumorosa una coppia di encoder altrimenti buona. Ecco perché la progettazione dei cavi, l'assemblaggio dei connettori e la definizione del percorso dovrebbero essere rivisti insieme, soprattutto quando la stessa macchina effettua anche il trasportoassemblaggi di cavi Ethernet industrialie altri cablaggi di automazione sensibili.

Sugli assiemi di robot dinamici, preferirei vedere un fornitore dimostrare i presupposti di instradamento dei cavi con un test realistico di flessione e torsione piuttosto che mostrare tre pagine di dati di catalogo generici. Una simulazione di movimento di 30 minuti spesso rivela rischi di affidabilità che una scheda tecnica non rivelerà mai.

— Hommer Zhao, fondatore

Una pratica lista di controllo delle richieste di offerta per gli acquirenti

1. Identificare se ciascun gruppo è servoalimentazione, freno, encoder o ibrido e non lasciare che una nota generica sui cavi li copra tutti e quattro.
2. Indica chiaramente le condizioni di movimento dell'asse: raggio di curvatura, angolo di torsione, velocità di spostamento, accelerazione e durata target in cicli.
3. Definire l'ambiente elettrico: corrente del motore, tensione di alimentazione, protocollo di feedback, sorgenti di rumore e concetto di messa a terra dell'armadio.
4. Bloccare il sistema di connettori, il metodo di collegamento della schermatura, lo stile del guscio posteriore ed eventuali requisiti di sigillatura o sovrastampaggio.
5. Specificare la copertura del test, le etichette, la serializzazione e i documenti che devono essere spediti con il primo articolo e i lotti di produzione.
6. Chiedere al fornitore di segnalare eventuali lacune tra il percorso del robot, la geometria del connettore e la struttura del cavo proposta prima del rilascio del PO.

I team che utilizzano una lista di controllo come questa solitamente riducono i tempi di debug perché costringono il fornitore a rispondere alle condizioni operative effettive invece di tirare a indovinare. Se ti stai approvvigionando perbracci robotici industriali, Sistemi AGV e AMRo piattaforme di automazione miste con cablaggio in armadio più assi mobili, questa disciplina della documentazione conta tanto quanto il prezzo unitario.

Domande frequenti

Posso utilizzare lo stesso cavo per l'alimentazione del servo e il feedback dell'encoder?

A volte, ma solo quando il sistema di azionamento, motore e connettore è stato progettato per un'architettura di cavi ibridi. Nella maggior parte dei retrofit, mantenere separati alimentazione e feedback è più sicuro perché semplifica la schermatura e la risoluzione dei problemi. Se viene utilizzato un cavo ibrido, le specifiche dovrebbero definire in dettaglio la segregazione dei conduttori, la struttura della schermatura e la compatibilità dei connettori.

Quale raggio di curvatura devo scrivere nel disegno?

Utilizzare la curva dinamica reale più piccola della macchina, non solo il minimo indicato nel catalogo. Per la robotica, ciò di solito significa rivedere la postura dell'asse nel caso peggiore, la forma del circuito di servizio e qualsiasi geometria del portacavi. Una nota sul disegno che ignora il percorso installato è uno dei motivi principali per cui i cavi che sulla carta sembrano conformi non riescono a funzionare.

Le schermature in lamina sono sufficienti per i cavi dell'encoder nelle celle robotiche?

A volte, ma non sempre. La lamina è ideale per la copertura ad alta frequenza, mentre la treccia aggiunge durata meccanica e prestazioni di messa a terra a bassa impedenza. Nelle celle ad alto rumore con servoazionamenti, apparecchiature di saldatura o lunghi percorsi in movimento, un design lamina più treccia è spesso la specifica più sicura rispetto alla sola lamina.

Quanti test dovrebbe eseguire un fornitore su ogni cavo?

Come minimo, la continuità del 100% e la verifica del pin dovrebbero essere standard. Per gli assemblaggi di robot ad alto rischio, molti acquirenti richiedono anche la resistenza di isolamento, i controlli della schermatura, la ritenzione dei connettori e talvolta la verifica dell'hipot o del segnale funzionale. La risposta corretta dipende dal costo del guasto, dall'accesso per la manutenzione e dal fatto che il cavo sia posizionato in un armadio statico o in un asse dinamico.

Quando dovrei scegliere un cavo a catena portacavi invece di un cavo robot interno?

Scegli uncavo della catena portacaviquando il percorso di movimento è guidato in un trasportatore con corsa lineare ripetuta e geometria di piegatura controllata. Scegliere un cavo robot interno quando il percorso deve resistere alla flessione e alla torsione multiasse all'interno del braccio. La scelta sbagliata di solito si manifesta con l'usura precoce della giacca, la rottura dei fili o segnali di feedback instabili.

Cosa devo inviare a un fornitore per ottenere un preventivo affidabile?

Invia lo schema o l'elenco dei pin, la lunghezza del cavo per percorso, i numeri di parte del connettore, l'inviluppo del movimento, l'ambiente, la durata prevista, i requisiti di conformità e le aspettative dei test. Se si includono anche foto di installazione o un semplice schizzo della corsa dell'asse, i fornitori di solito possono eliminare diversi cicli di chiarimenti e citare una costruzione più realistica al primo passaggio.