협동로봇 배선 가이드: 안정적인 동작을 위한 9가지 설계 규칙

포장 OEM은 3개 라인에 걸쳐 62대의 협동 로봇을 배치한 후 손목 장치가 도구 플랜지 근처에서 계속 고장나서 1분기에 계획되지 않은 교대 근무가 11번 발생했습니다. 근본 원인은 협동로봇 브랜드가 아니었습니다. 이는 정적 기계 배선처럼 구축된 배선 패키지였습니다. 하나의 묶음에 전원 및 I/O 도체가 혼합되어 있고, 제어된 서비스 루프가 없으며, 암이 상자에 닿을 때마다 케이블 직경의 7배 아래로 줄어드는 굽힘 반경이 있었습니다. 교체 케이블 세트의 비용은 셀의 1% 미만입니다. 가동 중지 시간은 전체 로봇보다 더 많은 비용을 발생시킵니다.

두 번째 통합자는 유사한 픽 앤 플레이스 셀에 대해 다른 접근 방식을 사용했습니다. 서보 전원, 인코더 피드백 및 저전압 센서 회로를 분할합니다. 재킷을 세제 세척용과 일치시켰습니다. 캐리어 충전량이 60% 미만으로 유지되는지 확인했습니다. 해당 셀은 처음으로 계획된 케이블 교체 전에 300만 주기를 통과했습니다. 교훈은 간단합니다. 팀이 설계 입력 대신 작업 현장 세부 사항으로 모션, 차폐 및 유지 관리를 처리하면 협동로봇 배선이 조기에 실패합니다.

이 가이드는 맞춤형 케이블 어셈블리, 로봇 팔 내부 하네스, 드래그 체인 케이블 및 서보 모터 케이블을 소싱하는 구매자와 엔지니어를 위해 작성되었습니다. 로봇](/applications/collaborative-robots), 산업용 로봇 팔 및 AGV/AMR 시스템. 가동 시간, 서비스 가능성 및 반복 가능한 생산 품질에 가장 직접적인 영향을 미치는 배선 결정에 중점을 둡니다.

협동로봇 배선이 팀의 예상보다 빨리 실패하는 이유

협동로봇은 페이로드가 낮고 속도가 일반적으로 대형 산업용 로봇보다 낮기 때문에 기계적으로 부드러워 보입니다. 그러나 전기적으로나 기계적으로 케이블 시스템은 여전히 ​​역동적입니다. 하네스에서는 시운전 중에 지속적인 굽힘, 간헐적인 비틀림, 작업자 중심의 도구 변경, 케이블 청소 및 캐비닛 측면 수정이 발생합니다. 대부분의 초기 실패는 120mm에 대해 지원되지 않는 커넥터, 360도 종단 대신 피그테일로 묶인 실드, 실제로 비틀림 등급이 필요한 경로에 배치된 고플렉스 케이블 또는 동일한 캐리어 내부의 모터 전원 옆에 라우팅된 M8 센서 리드와 같은 작은 절충안의 스택에서 발생합니다. 이러한 실수 중 어느 것도 1일차에는 드라마틱해 보이지 않습니다. 3개월차에는 간헐적인 오류가 발생합니다.

코봇 케이블 세트가 300만~500만 번의 모션 사이클을 견뎌야 하는 경우 스트레인 릴리프, 굽힘 반경 및 차폐 종단은 FAT 이후가 아닌 프로토타입 2 이전에 정의되어야 합니다.

— Hommer Zhao, 로봇 공학 케이블 어셈블리 창립자

규칙 1: 모션, 굽힘 반경 및 서비스 루프를 먼저 매핑합니다.

올바른 배선 설계는 커넥터 카탈로그 페이지가 아닌 동작 형상으로 시작됩니다. 끝점 사이의 최단 정적 거리가 아닌 각 로봇 포즈를 통해 실제 경로를 측정합니다. 협동로봇에서 최악의 스트레스 지점은 종종 하네스가 소형 암 캐스팅을 떠나 EOAT 브래킷으로 들어가는 도구 측 전환입니다. 이러한 전환에는 동작을 흡수할 수 있을 만큼 충분한 자유 길이가 필요하지만 케이블이 흔들리거나 마찰될 정도로 너무 느슨해져서는 안 됩니다. 실제로 팀은 선택한 케이블 데이터시트가 다른 테스트 값을 제공하지 않는 한 이동 로봇 케이블을 위해 케이블 직경의 7x~10x로 최소 설치 굴곡 반경을 정의해야 합니다. 팔이 혼합 축을 통해 회전하는 경우 드래그 체인 수가 모든 것을 포함한다고 가정하는 대신 굽힘과 비틀림을 모두 확인하십시오.

1. 하네스 길이를 고정하기 전에 집으로 돌아오고, 도달하고, 회복하고, 유지 관리하는 자세를 포착하세요.
2. 모든 클램프, 가이드 및 커넥터 출구에서 설치된 가장 작은 굽힘 반경을 측정합니다.
3. 모션이 필요한 경우에만 서비스 루프를 예약하세요. 통제되지 않은 느슨함은 자체적인 마모 지점을 만듭니다.
4. 도면 패키지에 클램프 간격, 고정 방법 및 허용된 자유롭게 매달린 길이를 기록합니다.

규칙 2: 전원, 피드백, 통신 경로를 분리하세요

소프트웨어 버그처럼 보이는 많은 협동로봇 문제는 배선 분리 오류입니다. 모터 전원, 브레이크 라인, 인코더 쌍, 이더넷 및 24V 센서 I/O는 동일한 비제어 번들에 속하지 않습니다. 서보 스위칭 에지 및 브레이크 과도 현상은 낮은 수준의 피드백이나 산업용 이더넷 패킷을 손상시킬 만큼 충분한 소음을 주입할 수 있습니다. 특히 컴팩트한 암이 물리적으로 거의 분리되지 않은 경우 더욱 그렇습니다. 가능한 한 분할된 라우팅을 사용하십시오. 한 구역에서는 전원을, 다른 구역에서는 피드백 및 통신을, 세 번째 구역에서는 낮은 수준의 센서를 사용하십시오. 라우팅이 캐리어를 공유해야 하는 경우 분배기를 사용하고 연선 신호 회로를 고전류 도체에서 멀리 유지하십시오.

규칙 3: 실제 모션 경로에 대한 케이블 구성을 선택하십시오.

협동로봇의 모든 움직이는 케이블이 동일한 구성을 필요로 하는 것은 아닙니다. 내부 암 라우팅에는 소형의 비틀림 방지 하네스가 필요한 경우가 많습니다. 외부 수평 이동은 전용 드래그 체인 케이블을 통해 더 잘 수행될 수 있습니다. 도구측 액추에이터는 보호된 성형 케이블 어셈블리에서 전원과 신호를 결합하는 경우가 많은 반면, 기본 캐비닛은 제어 캐비닛 배선으로 더 깔끔하게 전환해야 할 수도 있습니다. 조달 팀은 하나의 범용 케이블 유형을 요구하지 않고 대신 각 지점에 대한 모션 영역을 정의함으로써 시간을 절약합니다. 1천만 번의 드래그 체인 주기를 견디는 케이블은 로봇 손목 내부의 결합된 굽힘 및 비틀기 동작으로 인해 빠르게 파손될 수 있습니다.

규칙 4: 마모 품목과 같은 커넥터 및 스트레인 릴리프를 보호하십시오.

협동 로봇의 커넥터 오류는 일반적으로 기계적이 먼저, 전기적으로 두 번째로 발생합니다. M8, M12 또는 맞춤형 원형 커넥터는 올바른 전류 및 IP 목표를 충족한 후에도 하네스가 백셸을 지원하지 않기 때문에 여전히 실패할 수 있습니다. 접점 종단이 전체 이동 하중을 전달하지 않도록 백셸, 부팅 또는 클램프 브래킷을 사용하십시오. 공구 교환기 및 암 끝 모듈의 경우 최종 조립 후 삽입력, 인발 저항 및 케이블 출구 각도를 포함하는 고정 검사를 정의합니다. 적용 분야에 반복적인 도구 변경이 포함되는 경우 설계 검토 중에 결합 주기를 계산하십시오. 100주기 등급의 커넥터는 매주 그리퍼를 교체하는 셀에서 유지 관리 친화적인 선택이 아닙니다.

규칙 5: 실제로 전달하는 신호에 대한 접지 실드

차폐는 장식적인 업그레이드가 아닙니다. 종단이 회로와 일치할 때만 작동합니다. 서보 전원 케이블 실드는 일반적으로 고주파 스위칭 노이즈를 억제하기 위해 양쪽 끝에서 저임피던스 360도 접지가 필요합니다. 인코더 및 일부 데이터 실드는 드라이브 또는 네트워크 설계에 따라 한쪽 끝 접지가 필요할 수 있습니다. 요점은 지나치게 단순화된 경험 법칙이 아니라 전기적 기능을 따르는 것입니다. 팀은 장비 제조업체 요구 사항 및 국제 전기 기술 위원회 표준에 있는 광범위한 제어 규율에 맞춰 작업 방식을 조정한 다음 해당 쉴드 계획을 빌드 패키지에 문서화해야 합니다. 실드 처리를 벤치의 조립자에게 맡기면 현장 변형이 보장됩니다.

하나의 극적인 배선 실수로 인해 현장 오류가 발생하는 경우는 거의 없습니다. 로봇 사이클의 잘못된 지점에서 24V 신호가 임계값 아래로 떨어질 때까지 세 가지 작은 타협이 쌓이는 것을 볼 수 있습니다.

— Hommer Zhao, 로봇 공학 케이블 어셈블리 창립자

규칙 6: 재킷, 밀봉 및 캐리어를 환경에 맞게 매치

청정 전자 연구실, 창고 AMR 도크 및 식품 가공 코봇 라인에는 동일한 케이블 재킷이 필요하지 않습니다. PUR은 종종 마모 및 내유성에 대한 최상의 기본값입니다. TPE는 온도 변동 시 반복적인 굴곡에 대해 더 강할 수 있습니다. 실리콘은 열을 처리하지만 찢어지기 쉽습니다. PVC는 보호된 캐비닛 내부에 허용될 수 있지만 일반적으로 동적 암에서는 경제적이지 않은 움직임입니다. 유입 밀봉에도 동일한 논리가 적용됩니다. 최종 사용자가 세척을 예상하는 경우 카탈로그에서 복사한 IP 청구를 사용하는 대신 실제 노출 수준에 맞춰 커넥터 밀봉 및 오버몰드 형상을 정의하십시오. IP 코드, RoHS 지침, ISO 9001과 같은 참조 포인트는 테스트를 대체하지 않지만 조달 담당자가 출시 전에 올바른 질문을 하는 데 도움이 됩니다.

규칙 7: 하니스의 유지보수 설계

배선 패키지는 유지보수 기술자가 추측 없이 식별, 검사 및 교체할 수 있는 경우에만 생산 준비가 완료됩니다. 이는 레이블이 지정된 분기, 접근 가능한 분리 지점 및 배송된 하네스와 일치하는 도면 패키지를 의미합니다. 이는 또한 서비스 간격이 현실적이라는 것을 의미합니다. 로봇이 주 5일, 2교대로 운영되고 손목 케이블이 24개월 소모품으로 취급되는 경우 해당 교체 논리를 미리 지정하십시오. 최고의 능력 논의는 케이블을 교체할 수 없도록 만드는 것이 아닙니다. 교체를 제어하고, 빠르고, 실수 방지하는 것입니다.

• 개정 제어 식별자를 사용하여 양쪽 끝과 모든 분기 분할에 라벨을 붙입니다.
• 전체 암을 분해하지 않고도 현장 교체 가능 커넥터에 접근할 수 있도록 유지합니다.
• 잘못된 결합 위험이 높은 경우 비대칭 키잉 또는 색상 코딩을 사용하십시오.
• 전체 케이블 세트와 마모가 심한 분기에 대한 예비 부품 번호를 문서화하십시오.
• 재킷 마모, 클램프 풀림, 커넥터 유격에 대한 검사 기준을 추가합니다.

규칙 8: 프로덕션 케이블 세트처럼 프로토타입을 테스트하세요.

벤치에서의 연속성 테스트만으로는 충분하지 않습니다. 프로토타입 케이블 세트는 실제 페이로드, 가속 프로필 및 청소 루틴을 사용하여 실제 모션 경로에서 검증되어야 합니다. 전기적 검증에는 연속성, 절연 저항 및 해당되는 경우 신호 무결성 또는 패킷 손실 검사가 포함되어야 합니다. 기계적 검증에는 중요한 종단에 대한 당김 테스트, 캐리어 이동 관찰, 클램프 및 커넥터 출구에서의 사이클 후 검사가 포함되어야 합니다. 프로그램의 용량이 큰 경우 프로토타입 단계를 사용하여 손으로 만든 하나의 샘플이 한 번만 움직일 수 있다는 것을 증명하는 것이 아니라 생산에 대한 승인 기준을 정의합니다.

규칙 9: 규모 확장 전에 대체 및 문서 동결

규모는 문서화되지 않은 모든 가정을 노출시킵니다. 파일럿 빌드는 하나의 커넥터 로트, 한 명의 숙련된 기술자 및 하나의 기억된 라우팅 트릭으로 살아남을 수 있습니다. 대량 생산에는 개정 관리가 필요합니다. 와이어 패밀리, 커넥터, 씰, 라벨 및 오버몰드에 대해 승인된 대체품을 동결합니다. 기본 구성에 사용된 것과 동일한 전기 및 기계 테스트 계획에 연결합니다. 이는 맞춤형 커넥터 솔루션, 하이브리드 하네스 및 컴팩트 도구 헤드에 들어가는 모든 브랜치에 특히 중요합니다. 출시 후 대체 제품이 도입되면 즉석에서 벤치마크를 실시하는 것이 아니라 검토를 거쳐야 합니다.

케이블 캐리어는 움직임을 보호하거나 파괴할 수 있습니다. 충전량이 약 60%를 초과하면 측벽 압력, 열 및 교차점이 빠르게 상승하며 일반적으로 첫 번째 결함은 가장 작은 신호 케이블에 나타납니다.

— Hommer Zhao, 로봇 공학 케이블 어셈블리 창립자

RFQ 출시 전 구매자 체크리스트

1. 정적 캐비닛, 외부 드래그 체인, 내부 암, 도구측 플렉스 등 모든 동작 영역을 정의합니다.
2. 각 회로 그룹에 대한 전류, 전압, 데이터 속도 및 차폐 요구 사항을 나열합니다.
3. 최소 굽힘 반경, 예상 비틀림 각도 및 목표 사이클 수명을 명시합니다.
4. 오일, 냉각수, 소독제, UV, 용접 스패터 또는 세척 등 환경 노출을 지정합니다.
5. 커넥터 결합 주기 예상 사항과 필요한 스트레인 완화 방법을 알아보세요.
6. 승인된 대체 항목과 대체 항목을 승인할 수 있는 사람을 식별합니다.
7. 전기 테스트 범위와 풀 테스트, 플렉스 테스트 또는 패킷 손실 검증이 필요합니다.
8. 하네스 개정판을 로봇 모델, EOAT 개정판 및 유지 관리 문서 세트에 연결합니다.

FAQ

코봇 케이블 세트는 얼마나 오래 지속되어야 합니까?

정직한 보편적 숫자는 없지만 동적 협동로봇 분기는 일반적으로 굴곡 반경, 비틀림, 속도 및 환경에 따라 약 100만 ~ 500만 주기로 지정됩니다. 공급업체가 수명 주장을 테스트 조건과 연결할 수 없다면 그 숫자는 엔지니어링이 아니라 마케팅입니다.

전원 및 인코더 와이어가 동일한 케이블 캐리어를 공유할 수 있습니까?

예, 하지만 분리가 통제된 경우에만 가능합니다. 구분선을 사용하고, 간격을 유지하고, 특정 드라이브 및 인코더 요구 사항을 검증하십시오. 소형 셀에서는 50mm의 분리 또는 분할된 레인이 안정적인 피드백과 간헐적인 오류 사이의 차이를 만들 수 있습니다.

협동로봇 케이블에는 어떤 굴곡 반경을 사용해야 합니까?

케이블 데이터시트부터 시작하세요. 테스트한 값을 사용할 수 없는 경우 많은 팀에서는 케이블 이동에 대한 보수적인 작업 범위로 7x~10x 케이블 직경을 사용합니다. 꽉 조이는 로봇 손목에는 맞춤식 라우팅이 필요한 경우가 많습니다. 임계값 미만이면 가닥 피로가 가속화되기 때문입니다.

드래그 체인 케이블 대신 비틀림 정격 케이블이 필요한 경우는 언제입니까?

케이블 경로가 반복적으로 꼬이는 경우, 특히 미터당 +/- 90도 이상으로 비틀림 등급 구조를 요청하십시오. 드래그 체인 등급은 주로 한 평면에서 반복되는 굽힘을 나타냅니다. 로봇 손목과 드레스 팩은 두 가지 테스트를 함께 검토해야 하는 경우가 많습니다.

코봇 툴링 및 센서 브랜치에 가장 적합한 커넥터는 무엇입니까?

M8 및 M12는 콤팩트하고 최대 IP67 이상의 밀봉형 변형이 가능하기 때문에 일반적이지만 정답은 전류, 사이클 수 및 공간 요구 사항에 따라 다릅니다. 변화가 큰 EOAT 프로그램의 경우 결합 주기 등급과 스트레인 릴리프는 접점 크기만큼 중요합니다.

협동로봇 배선 RFQ에는 무엇이 포함되어야 합니까?

최소한 도면, 핀아웃, 로봇 모델, EOAT 모델, 케이블 경로, 전류 및 전압, 예상 사이클 수, 환경, 커넥터 기본 설정 및 필수 테스트가 포함됩니다. 목표가 생산 프로그램인 경우 승인된 대체 제품, 연간 수량 및 유지 관리 교체 전략을 추가합니다.