Ghid de cablare Cobot: 9 reguli de proiectare pentru o mișcare fiabilă

Un OEM de ambalare a implementat 62 de roboți colaborativi pe trei linii, apoi a pierdut 11 schimburi neplanificate în primul trimestru, deoarece hamul pentru încheietura mâinii a continuat să se defecteze lângă flanșa sculei. Cauza principală nu a fost marca cobot. Era un pachet de cablaje construit ca cablarea statică a mașinii: conductori de putere și I/O amestecați într-un singur pachet, nicio buclă de serviciu controlată și o rază de îndoire care se prăbușea sub de 7 ori diametrul cablului de fiecare dată când brațul ajungea într-o cutie. Setul de cabluri de înlocuire a costat mai puțin de 1% din celulă. Timpul de nefuncționare a costat mai mult decât întregul robot.

Un al doilea integrator a folosit o abordare diferită pe o celulă similară pick-and-place. Ele împart puterea servo, feedback-ul codificatorului și circuitele senzorilor de joasă tensiune; a asortat jacheta cu detergentul; și a validat umplerea operatorului pentru a rămâne sub 60%. Celula respectivă a trecut cu 3 milioane de cicluri înainte de prima schimbare planificată a cablului. Lecția este simplă: cablarea cobot eșuează devreme atunci când echipele tratează mișcarea, ecranarea și întreținerea ca detalii ale atelierului în loc de intrări de proiectare.

Acest ghid este scris pentru cumpărători și ingineri care aprovizionează ansambluri de cabluri personalizate, cablaj intern braț robot, cabluri cu lanț de tracțiune și [cabluri servomotoare] [cabluri pentru servomotoare/laboratoare] roboți](/applications/collaborative-roboți), brațe robot industriale și sisteme AGV/AMR. Se concentrează pe deciziile de cablare care afectează cel mai direct timpul de funcționare, funcționalitatea și calitatea repetabilă a producției.

De ce cablarea cobot eșuează mai devreme decât se așteaptă echipele

Roboții colaborativi arată mecanic blânzi, deoarece sarcinile utile sunt mai mici și vitezele sunt de obicei sub cele ale brațelor industriale mari. Din punct de vedere electric și mecanic, însă, sistemul de cabluri este încă dinamic. Cablul vede îndoirea continuă, torsiune ocazională, schimbări de scule conduse de operator, curățarea cablurilor și modificări la nivelul carcasei în timpul punerii în funcțiune. Cele mai multe defecțiuni timpurii provin din stive de mici compromisuri: un conector care atârnă nesuportat pe 120 mm, un scut legat cu o coadă în loc de o terminație de 360 ​​de grade, un cablu cu flexibilitate ridicată plasat pe o cale care de fapt are nevoie de rating de torsiune sau un cablu de senzor M8 direcționat lângă puterea motorului în interiorul aceluiași suport. Niciuna dintre aceste greșeli nu pare dramatică în ziua 1. Împreună, ele generează defecțiuni intermitente până în luna 3.

Dacă un set de cabluri cobot trebuie să supraviețuiască la 3 până la 5 milioane de cicluri de mișcare, detensionarea, raza de îndoire și terminarea ecranului trebuie definite înainte de prototipul 2, nu după FAT.

— Hommer Zhao, fondator, Robotics Cable Assembly

Regula 1: Hartă mișcarea, raza de curbură și bucla de service mai întâi

Designul corect al cablajului începe cu geometria mișcării, nu cu paginile de catalog de conectori. Măsurați calea reală prin fiecare poziție a robotului, nu cea mai scurtă distanță statică dintre punctele finale. La coboți, cel mai grav punct de stres este adesea tranziția din partea unealtă, unde hamul părăsește o turnare compactă a brațului și intră în suportul EOAT. Această tranziție are nevoie de suficientă lungime liberă pentru a absorbi mișcarea, dar nu atât de multă slăbiciune încât cablul biciuiește sau freacă. În practică, echipele ar trebui să definească o rază de curbură instalată minimă de 7x până la 10x diametrul cablului pentru mutarea cablului robotizat, cu excepția cazului în care fișa tehnică a cablului selectată oferă o valoare testată diferită. Dacă brațul se rotește prin axe mixte, verificați atât îndoirea, cât și torsiune, în loc să presupuneți că un număr de lanț de tragere acoperă totul.

1. Capturați pozițiile de acasă, de atingere, de recuperare și de întreținere înainte de a îngheța lungimea hamului.
2. Măsurați cea mai mică rază de curbură instalată la fiecare clemă, ghidaj și ieșire de conector.
3. Rezervați bucla de serviciu numai acolo unde mișcarea are nevoie; slăbirea necontrolată își creează propriul punct de uzură.
4. Înregistrați distanța dintre cleme, metoda de fixare și lungimea permisă de agățare liberă pe pachetul de desen.

Regula 2: Separați puterea, feedback-ul și căile de comunicare

Multe probleme de cobot care arată ca erori de software sunt erori de segregare a cablurilor. Puterea motorului, liniile de frână, perechile de codificatori, Ethernet și I/O pentru senzori de 24 V nu aparțin aceluiași pachet necontrolat. Marginile de comutare servo și tranzitorii de frânare pot injecta suficient zgomot pentru a deteriora feedback-ul de nivel scăzut sau pachetele Ethernet industriale, mai ales atunci când un braț compact lasă puțină separare fizică. Utilizați rutarea partiționată ori de câte ori este posibil: putere într-o zonă, feedback și comunicații în alta și senzori de nivel scăzut într-o a treia. Când rutarea trebuie să împartă un purtător, utilizați divizoare și păstrați circuitele de semnal cu perechi răsucite departe de conductorii de curent ridicat.

Regula 3: Alegeți construcția cablului pentru calea reală de mișcare

Nu orice cablu în mișcare de pe un cobot are nevoie de aceeași construcție. Direcționarea internă a brațului necesită adesea un ham compact, tolerant la torsiune. Deplasarea orizontală externă poate fi deservită mai bine de cabluri de lanț de tragere dedicate. Actuatoarele de pe partea unealtă combină adesea puterea și semnalul într-un [ansamblu de cablu turnat] protejat (/services/molded-cable-assemblies), în timp ce dulapul de bază poate avea nevoie de o tranziție mai curată în cablarea cabinetului de control. Echipele de achiziții economisesc timp atunci când nu mai solicită un tip de cablu universal și, în schimb, definesc zona de mișcare pentru fiecare ramură. Un cablu care supraviețuiește la 10 milioane de cicluri de lanț de tragere poate eșua rapid în mișcarea combinată de îndoire și răsucire în interiorul încheieturii unui robot.

Regula 4: Protejați conectorii și reducerea tensiunii, cum ar fi articolele de uzură

Defecțiunile conectorilor la roboții colaborativi sunt de obicei mecanice mai întâi și electrice în al doilea rând. Un conector M8, M12 sau circular personalizat poate îndeplini ținta corectă de curent și IP, apoi eșuează, deoarece cablajul lasă carcasa din spate neacceptată. Folosiți carcase din spate, porțiune sau suporturi de prindere, astfel încât terminarea contactului să nu suporte întreaga sarcină de mișcare. Pentru schimbătoarele de scule și modulele de la capătul brațului, definiți o verificare a reținerii care include forța de introducere, rezistența la tragere și unghiul de ieșire a cablului după asamblarea finală. Când aplicația implică schimbări repetate de scule, numărați ciclurile de împerechere în timpul revizuirii proiectării. Un conector evaluat pentru 100 de cicluri nu este o alegere care facilitează întreținerea într-o celulă care schimbă clemele în fiecare săptămână.

Regula 5: scuturi la sol pentru semnalul pe care îl transportați efectiv

Ecranarea nu este un upgrade decorativ. Funcționează numai când terminația se potrivește cu circuitul. Ecranele cablurilor de alimentare servo au nevoie de obicei de împământare cu impedanță joasă de 360 ​​de grade la ambele capete pentru a conține zgomotul de comutare de înaltă frecvență. Codificatorul și unele scuturi de date pot avea nevoie de împământare la un capăt în funcție de designul unității sau al rețelei. Ideea este să urmați funcția electrică, nu o regulă simplă prea simplă. Echipele ar trebui să-și alinieze practica cu cerințele producătorului de echipamente și cu disciplina de control mai largă găsită în standardele International Electrotechnical Commission, apoi să documenteze acel plan de scut în pachetul de construcție. Dacă tratamentul scutului este lăsat la asamblare pe bancă, variația câmpului este garantată.

Rareori vedem defecțiuni pe teren cauzate de o greșeală dramatică de cablare. Vedem trei mici compromisuri care se acumulează până când un semnal de 24 V scade sub prag exact în punctul greșit al ciclului robotului.

— Hommer Zhao, fondator, Robotics Cable Assembly

Regula 6: Potriviți jacheta, etanșarea și suportul cu mediul înconjurător

Un laborator de electronică curat, un depozit AMR de andocare și o linie de coboți pentru procesarea alimentelor nu au nevoie de aceeași manta de cablu. PUR este adesea cel mai bun standard pentru rezistența la abraziune și ulei. TPE poate fi mai puternic pentru flexiunea repetată în schimbările de temperatură. Siliconul gestionează căldura, dar este mai ușor de rupt. PVC-ul poate fi acceptabil în interiorul unui dulap protejat, dar este de obicei o mișcare economică greșită pe un braț dinamic. Aceeași logică se aplică etanșării la intrare: dacă utilizatorul final se așteaptă la spălare, definiți etanșarea conectorului și geometria supramolării în jurul nivelului de expunere real, în loc să utilizați o revendicare IP copiată dintr-un catalog. Puncte de referință, cum ar fi Codul IP, Directiva RoHS și ISO 9001 nu înlocuiesc întrebările corecte înainte de lansarea de achiziții, dar ele nu înlocuiesc întrebările corecte înainte de lansarea de achiziții.

Regula 7: Întreținerea proiectării în ham

Un pachet de cablaje este gata de producție numai atunci când un tehnician de întreținere îl poate identifica, inspecta și înlocui fără presupuneri. Aceasta înseamnă ramuri etichetate, puncte de deconectare accesibile și un pachet de desen care se potrivește cu cablajul expediat. Înseamnă, de asemenea, să fii realist cu privire la intervalele de service. Dacă robotul va funcționa în două schimburi, cinci zile pe săptămână, iar cablul de la încheietura mâinii este tratat ca un consumabil de 24 de luni, specificați logica de înlocuire din față. Cele mai bune discuții capacități nu sunt despre a face cablul imposibil de înlocuit; este vorba despre a face înlocuirea controlată, rapidă și fără greșeli.

• Etichetați ambele capete și fiecare ramură despărțită cu identificatori controlați de revizuire.
• Păstrați conectorii înlocuibili pe teren la îndemână fără a demonta brațul complet.
• Folosiți codificarea asimetrică sau codarea culorilor acolo unde riscul de asociație greșită este mare.
• Documentați numerele pieselor de schimb pentru setul complet de cabluri și pentru ramurile cu uzură ridicată.
• Adăugați criterii de inspecție pentru uzura jachetei, slăbirea clemelor și jocul conectorului.

Regula 8: Testați prototipul ca un set de cabluri de producție

Un test de continuitate la bancă nu este suficient. Seturile de cabluri prototip ar trebui validate pe calea reală de mișcare cu sarcina utilă reală, profilul de accelerație și rutina de curățare. Validarea electrică ar trebui să includă continuitatea, rezistența de izolație și, acolo unde este cazul, verificări ale integrității semnalului sau ale pierderii pachetelor. Validarea mecanică ar trebui să includă teste de tracțiune asupra terminațiilor critice, observarea deplasării transportatorului și inspecția post-ciclu la clemele și ieșirile conectorului. Când programul are un volum mare, utilizați faza de prototip pentru a defini criteriile de acceptare pentru producție, nu doar pentru a dovedi că un eșantion construit manual se poate muta o singură dată.

Regula 9: Înghețați alternativele și documentația înainte de extindere

Scale expune orice presupunere nedocumentată. O construcție pilot poate supraviețui cu un lot de conectori, un tehnician calificat și un truc de rutare amintit. Producția în volum necesită control al revizuirii. Alternative aprobate pentru congelare pentru familii de fire, conectori, etanșări, etichete și supramulaje. Legați-le de același plan de testare electrică și mecanică utilizat pentru configurația primară. Acest lucru este important în special pentru soluții de conector personalizat, cablaje hibride și orice ramură care intră într-un cap de sculă compact. Dacă sunt introduse alternative după lansare, acestea ar trebui să declanșeze revizuirea, nu improvizația pe bancă.

Un suport de cablu poate proteja mișcarea sau o poate distruge. Odată ce umplerea depășește aproximativ 60%, presiunea laterală, căldura și punctele de trecere cresc rapid, iar prima defecțiune apare de obicei în cel mai mic cablu de semnal.

— Hommer Zhao, fondator, Robotics Cable Assembly

Lista de verificare a cumpărătorului înainte de lansarea RFQ

1. Definiți fiecare zonă de mișcare: dulap static, lanț extern, braț intern și flexibilitate pe partea unealtă.
2. Listați cerințele de curent, tensiune, debitul de date și de ecranare pentru fiecare grup de circuite.
3. Indicați raza minimă de îndoire, unghiul de torsiune așteptat și durata de viață țintă.
4. Specificați expunerea mediului: ulei, lichid de răcire, dezinfectant, UV, stropi de sudură sau spălare.
5. Anunțați așteptările ciclului de împerechere a conectorului și metoda necesară de detensionare.
6. Identificați supleanți aprobați și cine poate autoriza înlocuiri.
7. Necesită acoperire a testelor electrice plus orice test de tracțiune, test de flexibilitate sau validare a pierderii pachetelor.
8. Legați revizuirea cablajului de modelul robotului, revizuirea EOAT și setul de documente de întreținere.

FAQ

Cât ar trebui să dureze un set de cabluri cobot?

Nu există un număr universal cinstit, dar ramurile cobot dinamice sunt de obicei specificate în jur de 1 milion până la 5 milioane de cicluri, în funcție de raza de îndoire, torsiune, viteză și mediu. Dacă un furnizor nu poate lega cererea de viață de o condiție de testare, numărul este de marketing, nu de inginerie.

Pot firele de alimentare și de codificare să împartă același suport de cablu?

Da, dar numai cu separare controlată. Utilizați divizoare, mențineți distanța și validați cerințele specifice ale unității și codificatorului. În celulele compacte, 50 mm de separare sau o bandă divizată poate face diferența între feedback-ul stabil și defecțiunile intermitente.

Ce rază de curbură ar trebui să folosim pentru cablurile robotice colaborative?

Începeți cu fișa tehnică a cablului. Dacă valoarea testată nu este disponibilă, multe echipe folosesc diametrul cablului de 7x până la 10x ca interval de lucru conservator pentru cablul în mișcare. Încheieturile roboților strânse au adesea nevoie de direcționare personalizată, deoarece orice sub acest prag accelerează oboseala firelor.

Când avem nevoie de cablu cu rezistență la torsiune în loc de cablul cu lanț?

Dacă traseul cablului se răsucește în mod repetat, în special dincolo de plus sau minus 90 de grade pe metru, solicitați construcție cu torsiune. Evaluările lanțului de tragere descriu în principal îndoirea repetată într-un singur plan. Încheieturile roboților și pachetele de rochii necesită adesea ambele teste revizuite împreună.

Ce conectori sunt cei mai buni pentru sculele cobot și ramurile senzorilor?

M8 și M12 sunt comune, deoarece sunt compacte și disponibile cu variante sigilate până la IP67 sau mai mare, dar răspunsul corect depinde de curent, număr de cicluri și pretenții de spațiu. Pentru programele EOAT cu schimbări mari, evaluarea ciclului de împerechere și reducerea tensiunii contează la fel de mult ca dimensiunea contactului.

Ce ar trebui să fie inclus într-un RFQ pentru cablarea cobot?

Includeți cel puțin desene, pinout, model de robot, model EOAT, calea cablului, curent și tensiune, numărul de cicluri așteptat, mediul, preferința conectorului și testele necesare. Dacă ținta este un program de producție, adăugați alternative aprobate, volumul anual și strategia de înlocuire a întreținerii.