Kontakter, uttag och kablar från Harting har i årtionden haft förtroende bland yrkesverksamma som bygger komplexa industriella system, bland annat inom automation/robotik. Dessa produkter är designade för att leda olika signaler och strömförsörjning, samt styra drivsystem. De är dessutom motståndskraftiga mot många mekaniska faktorer (kontinuerlig, upprepbar rörelse, vibrationer etc.). I texten nedan presenteras en allmän översikt av Hartings erbjudande med hänsyn till de krav som uppstår vid konstruktion av industrirobotar.

 I denna artikel tar vi upp ämnen som:

• Allmän karaktäristik av robotik som område inom automation
• Variation av zoner i robotiska installationer
• De viktigaste parametrarna för anslutningar för robotik
• Val av HDC-komponenter från HARTING:s erbjudande
• Möjligheter och begränsningar av M12-anslutningar/kablar
• Optimal kompromiss erbjuden av M17-produkter
• M23-kontakter och uttag, det vill säga hög prestanda och motståndskraft

Specifikation av anslutningar i robotik

Anslutningar som används för att genomföra robotiska installationer (oavsett om det handlar om en komponent i ett automatiserat system eller en fristående maskin) är avgörande för enheternas hållbarhet, lätthet i underhåll och skalbarhet. Samtidigt ställer detta ingenjörsområde många utmaningar för projektörer relaterade till rörelse, vibrationer, störningar i styrsignaler etc. Dessutom kommer anslutningarna att kräva bland annat snabb utbyte, förmåga att arbeta i begränsade utrymmen, motståndskraft mot mekaniska faktorer och – vilket är mycket viktigt – standardisering. Väl valda anslutningar förkortar tiden för att sätta igång robotiska installationer och minskar risken för servicefel.

I denna artikel presenteras sådana lösningar från HARTING, som är utmärkta för kraven hos robotar som:

• gripdon,
• närvarosensorer och positionssensorer,
• transportörer,
• positioneringssystem,
• vridbord,
• kameror eller visionssystem.

Dessutom har dessa anslutningar designats med tanke på industri och automation, och kan därför också användas i applikationer som är direkt relaterade till robotik:

• säkerhetsgardiner,
• I/O-moduler,
• styrskåp,
• strömnings- och styrsystem för drivsystem.

Zoner, det vill säga typiska applikationer av anslutningar

Innan vi beskriver de olika produktgrupperna, låt oss skissera de viktigaste applikationsgrupperna, det vill säga robotikzoner där HARTING-anslutningar används. Att definiera det allmänna syftet gör det lättare att hitta en produktgrupp med optimal specifikation. Självklart innebär detta inte att andra familjer och serier av anslutningar eller kablar skulle vara helt olämpliga.

Robotens verktyg och gripdonets omgivning

Om dessa komponenter finns i änden av armarna, kommer dimensioner och vikt av de använda anslutningarna att vara mycket viktiga – dessa egenskaper kommer indirekt att påverka precisionen hos hela mekanismen. Lätt utbyte och motståndskraft mot rörelse är också av stor betydelse. HARTING-produkter som bäst uppfyller sådana krav är M12-kablar och anslutningar. För högre strömkrav även M17.

Kabelledare och rörliga sektioner

Med andra ord: platser där en statisk styrenhet kopplas till rörliga utförandelement. Sådana dynamiska kablage och anslutningar måste förbli motståndskraftiga mot upprepade böjningar, skydda kretsen mot spänningar och underlätta ordnad kabeldragning. Praktiskt taget alla HARTING-produkter uppfyller sådana krav, eller kan anpassas för dessa tillämpningar.

Robotens bas, drivsystem och utförande moduler

I dessa områden kommer det att finnas ökade krav på strömkapacitet, anslutningar och kablar kommer att vara gränssnitt för strömförsörjning, styrsignaler och direkt styrning av drivsystem. Därför är det värt att först överväga modeller med kontakter som erbjuder stor ledningsyta, det vill säga M17 och M23-produkter.

Anslutning av styrskåp, robot och arbetsstationsmoduler

 

I dessa platser kommer det att krävas typisk industriell motståndskraft – både när det gäller elektriska parametrar och mekaniska aspekter. Även stora konfigurationsmöjligheter och hög skyddsklass kommer att vara av betydelse. Detta passar perfekt med egenskaperna hos HDC och M23-produkter.

Nyckelutmaningar

Oavsett den specifika användningsplatsen kommer anslutningar och kablar som används inom robotik att utsättas för en rad ogynnsamma miljöfaktorer och olika typer av belastningar. Det är värt att ha i åtanke att varje kontakt, uttag och kabel måste visa hållbarhet under sådana förhållanden.

Upprepbar rörelse och vibrationer

Robotar och cobots (eng. collaborative robot) arbetar i upprepade cykler, under många timmar varje dag. Varje cykel innebär rörelse av axlar, förändring av kabellägen, vibrationer och mekaniska belastningar. Om produkterna (delarna) som används för att skapa anslutningen inte väljs korrekt, kan konsekvenserna visa sig först efter en tid. Det kan till exempel handla om signalavbrott, sensorfel, stopp av axlar, kommunikationsproblem eller behov av nödstopp.

När man designar installationen och letar efter lämpliga komponenter för dess genomförande, måste man därför överväga:

• att använda standardiserade kablar och anslutningar i upprepade applikationer (lätthet i utbyte);
• undvika spänningar i punkterna mellan kabeln och anslutningen samt använda anslutningar där kablarna är starkt fästa;
• kabellängder med marginal, men utan överflöd (specialiserade tillverkare som HARTING erbjuder fabriksproducerade kablar i många storlekar).

Begränsat utrymme

Dimensionerna av anslutningar och kablar är viktiga i förhållande till mekanismens precision och ergonomi – men denna faktor kan också bestämmas av själva konstruktionen. Många komponenter i en typisk robot erbjuder begränsat utrymme, och förutom gripdon, sugkoppar, sensorer, ventiler, pneumatiska kablar, ibland kameror eller ytterligare I/O-moduler, måste de också rymma anslutningar, kablar och andra gränssnittselement. Att begränsa vikten och antalet kablar i änden av armen, till exempel genom att använda anslutningar anpassade för en specifik applikation, möjliggör genomförandet av komplexa mekanismer.

Modifiering, underhåll och skalning

En av de viktigaste egenskaperna hos varje installation inom automation är möjligheten till skalning, modifiering och så snabb underhåll/service som möjligt (det vill säga att maximera begränsningen av stilleståndstider). Multifunktionella HARTING-anslutningar möjliggör att robotiska system byggs modulärt, vilket gör dem lätta att omkonfigurera, kalibrera och uppgradera.

Viktigaste produktgrupper

Med tanke på hur många utmaningar som ställs inför kontakter, uttag och kablage inom robotik, låt oss titta på hur HARTING, en av de mest kända europeiska tillverkarna av industriella anslutningar, möter dessa utmaningar. Nedan presenteras några produktgrupper som leverantören avser för användning inom automation (bland annat).

HDC-anslutningar

HDC-anslutningar, som namnet antyder, är motståndskraftiga mot mycket svåra miljöförhållanden. Å andra sidan kännetecknas de av relativt stora dimensioner och vikt (i många fall är deras höljen tillverkade av metall). De har också kontakter som kan leda stora strömmar. Denna typ av anslutningar finns i hundratals varianter, både för strömförsörjning och signaler.

Vissa versioner av HDC-anslutningar har anpassats till standardgränssnitt, till exempel är de kompatibla med RJ45 Ethernet-anslutningar eller DB-seriekopplingar som används i datorer. Inom robotik kommer sådana anslutningar främst att användas för att realisera gränssnitt mellan roboten, skåpet och styr- samt strömförsörjningsmoduler. Den modulära konstruktionen av anslutningarna gör det möjligt att förbereda kontakter och uttag som är perfekt anpassade till en specifik applikation.

M12-anslutningar och kablar

HARTING-produkter i M12-formatet är inte bara kontakter och uttag, utan också fabriksproducerade kablar. Dessa produkter erbjuder en kompakt konstruktion – på bekostnad av små kontakter med lägre strömkapacitet (upp till 12A och 630V).

Denna produktgrupp kännetecknas av ett brett utbud av fabriksproducerade kablar. Detta beror på att M12-anslutningar är en standard som förekommer i många sensormoduler, vilket innebär att parametrar och konfigurationer av utgångar är till viss del standardiserade. Även om M12-formatet också används i icke-standardiserade konfigurationer, hjälper delvis standardisering (särskilt inom sensorer och periferiutrustning) till att snabba upp installation och service av maskiner.

De små dimensionerna och det breda utbudet av färdiga lösningar gör att M12-anslutningar motsvarar behoven hos många anslutningar i robotar:

• vid gripdon,
• vid positionssensorer,
• vid I/O-moduler,
• vid säkerhetsanordningar,
• i kommunikationsanslutningar.

Att anpassa roboten för användning av färdiga M12-kablar förkortar installationstiden och potentiella reparationer. Vid ett fel kommer det att finnas möjlighet att byta hela kabeln, vilket eliminera behovet av tidskrävande, detaljerad diagnostik.

M17-anslutningar, det vill säga en kompromiss med stort potential

M17-anslutningar är en mellanlösning mellan de kompakta M12 och högströms M23. De fungerar bra i begränsade utrymmen, men erbjuder också relativt höga elektriska parametrar (beroende på modell). Inom robotik kan sådana krav uppstå vid kablage för:

• kompakta utförande moduler,
• hjälpaxlar,
• utrustningselement,
• signalanslutningar med många banor.

M17 kan beskrivas som en lösning för platser där applikationen kräver en mer avancerad anslutning än typiska M12, men där kompakt storlek fortfarande är viktigt.

En enskild M17-anslutning kan innehålla upp till 17 kontakter. Monteringen på kabeln görs genom att klämma kontakterna på dess ledningar, medan kontakt och uttag paras ihop med hjälp av en bajonettlås eller gänga. I TME:s erbjudande finns panelmodeller och kabelmonterade, i raka och vinklade versioner, han- och honkontakter.

M23-anslutningar med många möjligheter

En nyckelfunktion hos M23-anslutningar är möjligheten till överföring av hög effekt (t.ex. 20A, 300V) samt dimensioner tillräckliga för att ansluta olika signaler. Tillverkaren har infört en uppdelning i Power, Hybrid och Signal. Anslutningen kan stabilt överföra ström, styr- och kommunikationssignaler, samtidigt som den fortfarande möjliggör effektiv installation och service.

Inom robotik och stationär automation hanterar M23 de mest krävande anslutningarna, till exempel drivsystem, servomotorer, encoders, aktuatorer, vridbord och positioneringssystem.

Ur ett perspektiv för integratörer och tekniker är en viktig egenskap här inte bara strömkapacitet, utan också mekaniskt motstånd, till exempel mot vibrationer. Nyckelfördelarna med M23-anslutningar är: begränsningar av driftsäkerheten hos drivanslutningar och underlättande av modulutbyte.

Sammanfattning av skillnader

Slutligen, låt oss se hur översikten av föreslagna produktgrupper ser ut utifrån deras avsedda zoner. Kom ihåg att det slutliga valet av använda komponenter måste bero på parametrarna för den specifika applikationen.

 Originaltext: https://www.tme.eu/se/news/about-product/page/79290/anslutningar-och-kablar-fran-harting-for-robotik/