工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用——Samtec連接器提供針對設(shè)計(jì)方案

【摘要/前言】

機(jī)器人已經(jīng)與人類社會(huì)相處了數(shù)十年，這里指的機(jī)器人Robots并不是那些登上頭條或在技術(shù)大會(huì)上引起轟動(dòng)的可愛或未來主義的設(shè)計(jì)。它們是在幕后工作的機(jī)器，負(fù)責(zé)制造我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫脑S多產(chǎn)品。

【機(jī)器人設(shè)計(jì)遇到的難題】

按照今天的標(biāo)準(zhǔn)，這些工業(yè)機(jī)器人的智能程度相對較低，但它們發(fā)揮著重要作用。它們被設(shè)計(jì)用來重復(fù)執(zhí)行相同的任務(wù)，而且非常精確。汽車行業(yè)使用工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)超過半個(gè)世紀(jì)了。它們從事危險(xiǎn)或枯燥的工作，如焊接、噴漆和裝配。

為工業(yè)機(jī)器人創(chuàng)建連接器解決方案令制造商頭痛不已，關(guān)鍵的考慮因素是可靠性。當(dāng)我們描述一個(gè)連接器時(shí)，我們通常使用配接周期作為衡量其使用壽命的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)配接周期被定義為對連接器進(jìn)行一次配接和不配接的行為，大多數(shù)制造商公布了每種類型的最低預(yù)期配接周期數(shù)，作為衡量其可靠性的標(biāo)準(zhǔn)。

如果在現(xiàn)實(shí)世界中使用連接器時(shí)，其實(shí)際性能有很大的差異，這并不奇怪。在清潔和舒適的環(huán)境中，如果由有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員正確使用，連接器的壽命可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過需要的時(shí)間。相反，如果在惡劣的現(xiàn)場條件下使用連接器，并且經(jīng)常匆忙地拔掉插頭，用戶可能會(huì)發(fā)現(xiàn)它的使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期。當(dāng)我們看一下工業(yè)機(jī)器人必須執(zhí)行任務(wù)的工廠車間時(shí)，很容易出現(xiàn)這種情況。

為機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)面臨的另一個(gè)問題是運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度很快，往往是在多個(gè)方向上，而且連續(xù)幾個(gè)小時(shí)甚至幾天都是如此。機(jī)器人的所有部分--它的手臂和附屬物--都需要相互連接，以提供它們工作所需的數(shù)據(jù)、電源和信號(hào)。每個(gè)移動(dòng)的關(guān)節(jié)對設(shè)計(jì)師來說都是一個(gè)問題。

【可靠性的設(shè)計(jì)和測試】

在為機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)，他們所使用的連接器內(nèi)的結(jié)構(gòu)是其性能的核心。我們中的大多數(shù)人都熟悉使用以傳統(tǒng)的插頭和插座排列的端子設(shè)計(jì)的連接器。這已經(jīng)伴隨我們很長時(shí)間了，因?yàn)樗峁┝诉B接兩個(gè)電路的最佳方式之一。

傳統(tǒng)的端子和插座設(shè)計(jì)的概念是，將固定的端子插入一個(gè)稍小的插座中。插座可以充分彎曲，以允許端子進(jìn)入并產(chǎn)生一個(gè)彈簧力，確保兩半之間的接觸。

這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)之一是，針狀端子相對容易制造。端子可以是實(shí)心的，由實(shí)心棒材加工而成，也可以是空心的，由平坦的金屬板制成，然后軋制或成型為三維形狀。雖然不同的制造技術(shù)有各自的優(yōu)勢，但本例中重要的一點(diǎn)是，端子本身是固定的。

正是插座端子提供了設(shè)計(jì)中的靈活元素。插座比針腳略小，所以需要有一定的彈性來容納它。當(dāng)插座膨脹以容納針腳時(shí)，就會(huì)對針腳施加一個(gè)正壓力。這對于確保配對的兩半之間有良好的電氣接觸是很重要的，并能減少正常使用中可能出現(xiàn)的振動(dòng)影響。

然而，正向的彈簧壓力產(chǎn)生了其他問題。為了克服彈簧阻力，需要用力來接合和分離這些端子，分別稱為插入力和拔出力。雖然少量端子所需的力可以忽略不計(jì)，但當(dāng)我們考慮一個(gè)有許多電路的連接器時(shí)，情況就不一樣了。為了成功地對接這樣的連接器，需要施加大量的力，因此，操作者必須確保連接器正確地對準(zhǔn)。

【電纜的風(fēng)險(xiǎn)】

電纜在工業(yè)機(jī)器人中使用時(shí)也有風(fēng)險(xiǎn)。在為機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)，需要對電纜進(jìn)行保護(hù)，確保它們的彎曲不會(huì)超過其內(nèi)置的極限，也不會(huì)以笨重的方式扭曲。即使可以做到這一點(diǎn)，電纜仍然是由金屬構(gòu)成的，盡管是非常細(xì)的金屬絲編織在一起制成柔性電纜。正如我們在歷史上多次看到的那樣，金屬會(huì)失效。電纜本身的不斷運(yùn)動(dòng)會(huì)削弱電線，嚴(yán)重影響其性能，損害其可靠性，甚至發(fā)生在電纜物理斷裂之前。

然而，隨著反復(fù)的運(yùn)動(dòng)，電纜最終會(huì)斷裂，這時(shí)連接器將變得極其重要，因?yàn)殡娎|將需要被拆除和更換。有一些非常令人印象深刻的電纜可以提供更長的工作壽命，就像有高可靠性的連接器一樣。我記得我曾使用過一種多芯電纜，它非常柔軟，感覺像一塊煮熟的意大利面條。 但最終，即使是這樣的電纜也在反復(fù)使用中失效了。

在為機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)，最令人頭痛的也許是電源?，F(xiàn)代電池技術(shù)現(xiàn)在比以往任何時(shí)候都更有能力，這在很大程度上要感謝汽車工業(yè)。然而，電池需要充電，在一些聰明的工程師想出通過藍(lán)牙鏈接提供大量電力的方法之前，連接器是必經(jīng)之路。

只要機(jī)器人還在持續(xù)發(fā)展，Samtec就會(huì)不斷想出連接它們的新方法。關(guān)于最新的產(chǎn)品，請?jiān)L問我們的工業(yè)應(yīng)用頁面，在那里我們探索工業(yè)自動(dòng)化和自主機(jī)器人的世界。