Посібник з електропроводки Cobot: 9 правил проектування для надійного руху

Виробник комплектного обладнання розгорнув 62 колаборативних робота на трьох лініях, а потім втратив 11 незапланованих змін у першому кварталі через те, що наручний джгут постійно виривався біля фланця інструменту. Основною причиною був не бренд cobot. Це був комплект електропроводки, побудований на кшталт проводки статичної машини: змішані провідники живлення та вводу/виводу в одному джгуті, відсутність контрольованої петлі обслуговування та радіус вигину, який згортався нижче діаметра кабелю в 7 разів щоразу, коли рука простягалася в коробку. Набір кабелів для заміни коштував менше 1% комірки. Час простою коштував дорожче, ніж весь робот.

Другий інтегратор використав інший підхід до подібної комірки вибору та розміщення. Вони розділяють живлення сервоприводу, зворотний зв'язок кодера та схеми датчика низької напруги; підібрав куртку до миючого засобу; і перевірив, що заповненість перевізника не перевищує 60%. Цей елемент пройшов 3 мільйони циклів перед першою запланованою заміною кабелю. Урок простий: проводка кобота виходить з ладу рано, коли команди розглядають рух, екранування та технічне обслуговування як деталі цеху, а не як вхідні дані проекту.

Цей посібник написано для покупців та інженерів, які шукають нестандартні кабельні збірки, внутрішній джгут рук робота, кабелі перетягування ланцюга і кабелі серводвигуна для співпраці роботи, промислові роботи-зброї і системи AGV/AMR. Він зосереджений на рішеннях щодо проводки, які безпосередньо впливають на час безвідмовної роботи, придатність до обслуговування та стабільну якість виробництва.

Чому проводка кобота виходить з ладу раніше, ніж очікують команди

Роботи-колаборанти виглядають механічно м’якими, оскільки корисне навантаження нижче, а швидкість зазвичай нижча, ніж у великих промислових підрозділів. Однак електрично та механічно кабельна система все ще динамічна. Під час введення в експлуатацію джгут зазнає безперервного згинання, випадкового скручування, зміни інструментів оператором, очищення кабелю та модифікації з боку шафи. Більшість ранніх несправностей походить від купи невеликих компромісів: роз’єм, що висить без опори на 120 мм, екран, прив’язаний кіскою замість 360-градусної кінцевої точки, кабель високої гнучкості, розміщений на шляху, який справді потребує номінального значення кручення, або кабель датчика M8, прокладений поруч із живленням двигуна всередині того самого носія. Жодна з цих помилок не виглядає драматичною на 1-й день. Разом вони породжують періодичні збої до 3-го місяця.

Якщо кабельний набір кобота повинен витримати від 3 до 5 мільйонів циклів руху, розвантаження натягу, радіус вигину та закінчення екрану повинні бути визначені до прототипу 2, а не після FAT.

— Хоммер Чжао, засновник Robotics Cable Assembly

Правило 1: спочатку відобразіть рух, радіус вигину та петлю обслуговування

Правильна конструкція проводки починається з геометрії руху, а не сторінок каталогу роз’ємів. Вимірюйте реальний шлях через кожну позу робота, а не найкоротшу статичну відстань між кінцевими точками. На коботах найгіршою точкою навантаження часто є перехід з боку інструменту, де ремінь залишає компактну відливку руки та входить у кронштейн EOAT. Цей перехід потребує достатньої вільної довжини, щоб поглинати рух, але не так сильно, щоб кабель хлиснувся або терся. На практиці команди повинні визначити мінімальний встановлений радіус вигину від 7x до 10x діаметра кабелю для переміщення роботизованого кабелю, якщо тільки в таблиці даних вибраного кабелю не вказано інше перевірене значення. Якщо важіль обертається через змішані осі, перевірте як вигин, так і кручення замість того, щоб припускати, що число ланцюга опору охоплює все.

1. Зніміть пози вдома, досяжності, відновлення та обслуговування, перш ніж заморозити довжину джгута.
2. Виміряйте найменший встановлений радіус згину на кожному виході затискача, направляючої та з’єднувача.
3. Резервна службова петля лише там, де цього потребує рух; неконтрольована слабина створює власну точку зносу.
4. Запишіть відстань між затискачами, спосіб закріплення та дозволену довжину вільного висіння на пакеті креслень.

Правило 2: Окремі шляхи живлення, зворотного зв’язку та зв’язку

Багато проблем з коботами, які виглядають як помилки програмного забезпечення, є збоями розділення проводів. Сила двигуна, гальмівні лінії, пари кодерів, Ethernet і вхід/вихід датчика 24 В не належать до одного неконтрольованого пакету. Фронти перемикання сервоприводів і перехідні процеси гальмування можуть створювати достатньо шуму, щоб пошкодити низькорівневий зворотний зв'язок або промислові пакети Ethernet, особливо коли компактна рукоятка залишає невелику фізичну відстань. Використовуйте розділену маршрутизацію, де це можливо: живлення в одній зоні, зворотний зв’язок і зв’язок в іншій, а датчики низького рівня в третій. Коли маршрутизація повинна використовувати спільну несучу, використовуйте розділювачі та тримайте сигнальні ланцюги витої пари подалі від провідників із сильним струмом.

Правило 3: Виберіть конструкцію кабелю відповідно до фактичного шляху руху

Не кожен рухомий трос на коботі потребує однакової конструкції. Внутрішня прокладка рукоятки часто потребує компактних, стійких до скручування джгутів. Зовнішній горизонтальний рух може краще обслуговуватися спеціальними кабелями перетягування. Приводи на стороні інструменту часто поєднують живлення та сигнал у захищеній формованій кабельній збірці, тоді як базова шафа може потребувати більш чіткого переходу в проводку шафи керування. Команди закупівель економлять час, коли вони перестають вимагати один універсальний тип кабелю, а натомість визначають зону руху для кожної гілки. Кабель, який витримує 10 мільйонів циклів перетягування ланцюга, все одно може швидко вийти з ладу під час комбінованого руху згинання та скручування в зап’ясті робота.

Правило 4: Захищайте з’єднувачі та засоби для зняття натягу як предмети зносу

Несправності роз’ємів у колаборативних роботах зазвичай спочатку механічні, а потім електричні. Роз'єм M8, M12 або спеціальний круглий роз'єм може відповідати правильній цільовій тоці та IP-адресі, але все одно виходить з ладу, оскільки джгут залишає задню оболонку без підтримки. Використовуйте задню оболонку, завантажувальні або затискні кронштейни, щоб закінчення контактів не сприймало повне рухове навантаження. Для пристроїв зміни інструментів і модулів кінцевих важіль визначте перевірку утримування, яка включає силу введення, опір висмикуванню та кут виходу кабелю після остаточного складання. Якщо застосування передбачає повторну зміну інструменту, підрахуйте цикли сполучення під час перегляду конструкції. З’єднувач, розрахований на 100 циклів, не є зручним вибором для обслуговування в камері, де щотижня міняються захвати.

Правило 5: Заземлюйте екрани для сигналу, який ви насправді несете

Екранування не є декоративним оновленням. Він працює лише тоді, коли закінчення відповідає ланцюгу. Екрани силових кабелів сервоприводів зазвичай потребують заземлення з низьким опором на 360 градусів на обох кінцях, щоб утримувати високочастотні комутаційні шуми. Кодувальник і деякі екрани даних можуть потребувати заземлення з одного кінця відповідно до конструкції приводу чи мережі. Справа в тому, щоб слідувати електричній функції, а не надто спрощеному емпіричному правилу. Команди повинні узгодити свою практику з вимогами виробника обладнання та ширшою дисципліною контролю, яка міститься в стандартах Міжнародної електротехнічної комісії, а потім задокументувати цей план захисту в пакеті збірки. Якщо обробку щита залишити складальнику на лаві, зміна поля гарантована.

Ми рідко бачимо польові збої, спричинені однією різкою помилкою проводки. Ми бачимо, як накопичуються три невеликі компроміси, доки сигнал 24 В не впаде нижче порогу в неправильній точці циклу робота.

— Хоммер Чжао, засновник Robotics Cable Assembly

Правило 6: Підберіть оболонку, ущільнювач і носій відповідно до середовища

Лабораторія чистої електроніки, док-станція AMR на складі та лінія коботів харчової промисловості не потребують однакової оболонки кабелю. PUR часто є найкращим за замовчуванням для стійкості до стирання та масла. TPE може бути міцнішим для багаторазового згинання при зміні температури. Силікон витримує тепло, але його легше порвати. ПВХ може бути прийнятним усередині захищеної шафи, але зазвичай це неправильний економний хід на динамічній руці. Така ж логіка застосовується до проникаючої герметизації: якщо кінцеве використання передбачає змивання, визначте герметизацію з’єднувача та геометрію верхньої форми навколо реального рівня впливу, а не використовуйте твердження IP, скопійоване з каталогу. Такі контрольні точки, як IP-код, Директива RoHS і ISO 9001 не замінюють тестування, але вони допомагають закупівлі ставте правильні запитання перед випуском.

Правило 7: Догляд за дизайном джгута

Пакет електропроводки готовий до виробництва лише тоді, коли технік з технічного обслуговування може ідентифікувати, перевірити та замінити його без припущень. Це означає позначені розгалуження, доступні точки від’єднання та пакет креслення, який відповідає доставленому джгуту. Це також означає бути реалістичним щодо інтервалів обслуговування. Якщо робот працюватиме у дві зміни, п’ять днів на тиждень, а кабель для зап’ястка розглядається як витратний матеріал на 24 місяці, укажіть цю логіку заміни заздалегідь. Обговорення найкращих можливостей не стосується того, щоб замінити кабель неможливо; вони спрямовані на контрольовану, швидку та захищену від помилок заміну.

• Позначте обидва кінці та кожну гілку, що розбивається, ідентифікаторами, що контролюються версією.
• Зберігайте легкозамінні роз’єми доступними, не розбираючи повну руку.
• Використовуйте асиметричне кодування або кольорове кодування, де високий ризик неправильного підключення.
• Задокументуйте номери запасних частин для повного комплекту кабелю та для розгалужень із високим ступенем зносу.
• Додайте критерії перевірки зносу оболонки, ослаблення затискачів і люфт роз’єму.

Правило 8: Випробуйте прототип як кабельний комплект

Випробування безперервності на стендовому стенді недостатньо. Прототипи комплектів кабелів повинні бути перевірені на фактичному шляху руху з реальним корисним навантаженням, профілем прискорення та процедурою очищення. Електрична перевірка повинна включати безперервність, опір ізоляції та, де це необхідно, перевірку цілісності сигналу або втрати пакетів. Механічна валідація повинна включати випробування на висмикування критичних завершень, спостереження за ходом носія та перевірку після циклу на затискачах і виходах з’єднувачів. Якщо програма має великий обсяг, використовуйте фазу прототипу, щоб визначити критерії прийнятності для виробництва, а не просто довести, що один виготовлений вручну зразок може бути переміщений один раз.

Правило 9: Заморозьте альтернативи та документацію перед масштабуванням

Масштаб викриває всі незадокументовані припущення. Пілотна збірка може вижити з однією партією роз’ємів, одним кваліфікованим техніком і одним запам’ятаним трюком маршрутизації. Серійне виробництво потребує ревізійного контролю. Схвалені заморозкою альтернативи для родин проводів, з’єднувачів, ущільнювачів, етикеток і накладок. Прив’яжіть їх до того самого плану електричних і механічних випробувань, який використовувався для первинної конфігурації. Це особливо важливо для спеціальних роз’ємів, гібридних джгутів і будь-якої гілки, яка входить у компактну інструментальну головку. Якщо після звільнення представлені заступники, вони повинні викликати перегляд, а не стендову імпровізацію.

Кабельний носій може захистити рух або зруйнувати його. Коли заповнення перевищує приблизно 60%, тиск на бічні стінки, нагрівання та точки перетину швидко зростають, і перша несправність зазвичай з’являється в найменшому сигнальному кабелі.

— Хоммер Чжао, засновник Robotics Cable Assembly

Контрольний список покупців перед публікацією запиту пропозицій

1. Визначте кожну зону руху: статичну шафу, зовнішній тяговий ланцюг, внутрішню руку та гнучку на стороні інструменту.
2. Перелічіть вимоги до струму, напруги, швидкості передачі даних і екранування для кожної групи схем.
3. Вкажіть мінімальний радіус вигину, очікуваний кут скручування та цільовий термін служби.
4. Укажіть вплив на навколишнє середовище: масло, охолоджуюча рідина, дезінфікуючий засіб, УФ, бризки зварювальних швів або змив.
5. Викличте очікувані цикли з’єднання роз’єму та необхідний метод зняття натягу.
6. Визначте затверджених заступників і тих, хто може дозволити заміни.
7. Потрібне покриття електричних випробувань, а також будь-який тест на витягування, тест на згинання або перевірку на втрату пакетів.
8. Прив’яжіть версію джгута до моделі робота, версії EOAT і комплекту документів щодо технічного обслуговування.

FAQ

Як довго має прослужити набір кабелів cobot?

Не існує чесного універсального числа, але динамічні гілки кобота зазвичай визначаються приблизно від 1 до 5 мільйонів циклів залежно від радіуса вигину, кручення, швидкості та середовища. Якщо постачальник не може пов’язати заявку про термін служби з умовою випробувань, це число маркетингу, а не інженерії.

Чи можуть дроти живлення та кодера використовувати один кабель?

Так, але тільки з контрольованим розділенням. Використовуйте розділювачі, зберігайте відстань і перевіряйте вимоги до приводу та кодера. У компактних осередках відстань 50 мм або розділена смуга можуть зробити різницю між стабільним зворотним зв’язком і періодичними несправностями.

Який радіус вигину ми повинні використовувати для кабелів колаборативних роботів?

Почніть з опису кабелю. Якщо перевірене значення недоступне, багато команд використовують 7-10-кратний діаметр кабелю як консервативний робочий діапазон для переміщення кабелю. Тісні зап’ястя робота часто потребують індивідуальної маршрутизації, тому що все, що нижче цього порогу, прискорює втому ниток.

Коли нам потрібен торсіонний трос замість ланцюгового кабелю?

Якщо траса кабелю неодноразово скручується, особливо більше ніж плюс-мінус 90 градусів на метр, попросіть конструкцію з ступенем кручення. Оцінки ланцюга перетягування в основному описують повторне згинання в одній площині. Обидва тести часто потрібно переглядати разом.

Які з’єднувачі найкраще підходять для кобот-інструментів і сенсорних гілок?

M8 і M12 є поширеними, оскільки вони компактні та доступні з герметичними варіантами до IP67 або вище, але правильна відповідь залежить від струму, кількості циклів і вимоги щодо простору. Для програм EOAT з великими змінами рейтинг циклу сполучення та зняття натягу мають таке ж значення, як і розмір контакту.

Що має бути включено до запиту пропозицій на електропроводку кобота?

Принаймні включіть креслення, розпіновку, модель робота, модель EOAT, шлях кабелю, струм і напругу, очікувану кількість циклів, навколишнє середовище, переваги роз’єму та необхідні тести. Якщо метою є виробнича програма, додайте схвалені альтернативи, річний обсяг і стратегію ремонтної заміни.