Złącza i przewody HARTING w zastosowaniach robotycznych

Połączenia w robotyce – najważniejsze wymagania

Wtyki, gniazda oraz przewody HARTING od wielu dekad są wykorzystywane przez profesjonalistów tworzących zaawansowane systemy przemysłowe, w tym rozwiązania z zakresu automatyki i robotyki. Produkty tej marki przeznaczone są do przesyłania różnych rodzajów sygnałów i zasilania, a także do obsługi sterowania napędami. Ich konstrukcja uwzględnia również pracę w warunkach obciążenia mechanicznego, takich jak ciągły lub powtarzalny ruch oraz drgania.

Złącza stosowane w instalacjach robotycznych mają bezpośredni wpływ na trwałość urządzeń, możliwość ich konserwacji oraz dalszą rozbudowę systemu. Projektanci muszą jednocześnie uwzględnić szereg czynników charakterystycznych dla robotyki: ruchome elementy, drgania czy ryzyko zakłóceń sygnałów sterujących.

W praktyce od systemów połączeniowych oczekuje się m.in. szybkiej wymiany elementów, możliwości zastosowania ich w niewielkiej przestrzeni, odporności na obciążenia mechaniczne oraz standaryzacji. Odpowiednio dobrane złącza mogą skrócić czas uruchamiania instalacji i zmniejszyć prawdopodobieństwo wystąpienia błędów podczas prac serwisowych.

Rozwiązania HARTING znajdują zastosowanie m.in. w takich elementach i urządzeniach robotycznych jak:

• chwytaki,
• czujniki obecności i pozycjonowania,
• transportery,
• pozycjonery,
• stoły obrotowe,
• kamery oraz systemy wizyjne.

Złącza przeznaczone dla przemysłu i automatyki mogą być również wykorzystywane w aplikacjach bezpośrednio powiązanych z robotyką, takich jak:

• kurtyny bezpieczeństwa,
• moduły I/O,
• szafy sterownicze,
• systemy zasilania i sterowania napędami.

Typowe aplikacje złączy

Przed wyborem konkretnej grupy produktów warto określić, w jakiej części systemu robotycznego będą one pracować. Podział na poszczególne strefy ułatwia znalezienie rozwiązania o właściwych parametrach. Nie oznacza to oczywiście, że inne rodziny złączy lub przewodów HARTING nie mogą być wykorzystane w danym zastosowaniu.

• Narzędzie robota i okolice chwytaka

W przypadku elementów umieszczonych na końcu ramienia robota szczególne znaczenie mają niewielkie gabaryty oraz niska masa złączy. Parametry te mogą bowiem wpływać na precyzję pracy całego mechanizmu. Istotna jest również możliwość łatwej wymiany oraz odporność na ruch.

W takich zastosowaniach szczególnie dobrze sprawdzają się przewody i złącza M12. Jeżeli aplikacja wymaga większej wydajności prądowej, warto rozważyć również rozwiązania M17.

• Prowadniki przewodów i odcinki ruchome

Chodzi tutaj o miejsca, w których nieruchomy sterownik zostaje połączony z przemieszczającymi się elementami wykonawczymi. Okablowanie pracujące dynamicznie wraz ze złączami musi być odporne na wielokrotne zginanie. Powinno także ograniczać naprężenia działające na obwód oraz umożliwiać uporządkowane prowadzenie przewodów.

Większość produktów HARTING spełnia te wymagania lub może zostać odpowiednio przystosowana do pracy w takich warunkach.

• Baza robota, napędy i moduły wykonawcze

W tych obszarach istotne stają się wyższe wymagania dotyczące wydajności prądowej. Złącza i przewody pełnią tu funkcję interfejsów dla zasilania, sygnałów sterujących oraz bezpośredniego sterowania napędami.

Z tego względu w pierwszej kolejności warto brać pod uwagę produkty M17 i M23, wyposażone w styki zapewniające dużą powierzchnię przewodzenia.

• Połączenie szafy sterowniczej, robota i modułów stanowiska

W tej części instalacji wymagania dotyczą przede wszystkim typowej odporności przemysłowej – zarówno pod względem elektrycznym, jak i mechanicznym. Znaczenie mają także możliwości konfiguracji oraz odpowiednia klasa szczelności.

Takim wymaganiom odpowiadają złącza HDC oraz M23.

Najważniejsze wyzwania dla połączeń robotycznych

Niezależnie od miejsca zastosowania przewody i złącza pracujące w systemach robotycznych są narażone na różnego rodzaju obciążenia oraz niekorzystne warunki środowiskowe. Dlatego każdy element połączenia – od styku, przez gniazdo, po przewód – powinien zachować trwałość podczas eksploatacji.

Powtarzalny ruch i drgania

Roboty oraz coboty, czyli roboty współpracujące, wykonują wielokrotnie te same cykle, często przez wiele godzin każdego dnia. Każdy taki cykl wiąże się z przemieszczaniem osi, zmianą ułożenia przewodów, drganiami oraz obciążeniami mechanicznymi.

Nieodpowiedni dobór elementów połączeniowych może doprowadzić do problemów, które ujawnią się dopiero po pewnym czasie. Mogą one obejmować przerwy w transmisji sygnałów, nieprawidłowe działanie czujników, zatrzymanie osi, problemy z komunikacją, a nawet konieczność awaryjnego zatrzymania urządzenia.

Podczas projektowania instalacji należy zatem zwrócić uwagę na kilka kwestii:

• stosowanie standaryzowanych przewodów i złączy w powtarzalnych aplikacjach, co ułatwia późniejszą wymianę,
• eliminowanie naprężeń występujących na styku przewodu i złącza oraz wybór złączy zapewniających odpowiednie zamocowanie kabli,
• dobieranie długości przewodów z odpowiednim zapasem, ale bez tworzenia niepotrzebnego nadmiaru. Specjalistyczni producenci, tacy jak HARTING, oferują fabrycznie przygotowane okablowanie w wielu wariantach długości.

Ograniczona przestrzeń

Wymiary złączy i przewodów mają znaczenie nie tylko ze względu na konstrukcję robota, ale również z perspektywy jego precyzji oraz ergonomii. W wielu elementach typowej konstrukcji dostępne miejsce jest ograniczone.

Na końcu ramienia mogą znajdować się jednocześnie chwytaki, przyssawki, czujniki, zawory, przewody pneumatyczne, a niekiedy także kamery czy dodatkowe moduły I/O. W tej samej przestrzeni trzeba więc zmieścić również złącza, przewody oraz pozostałe elementy interfejsów.

Ograniczenie masy i liczby przewodów znajdujących się przy końcu ramienia – m.in. poprzez wykorzystanie złączy dopasowanych do konkretnej aplikacji – może ułatwić realizację bardziej złożonych mechanizmów.

Modyfikacja, konserwacja i skalowanie

Możliwość rozbudowy, modyfikowania oraz szybkiego serwisowania instalacji należy do istotnych cech systemów automatyki. Skrócenie czasu potrzebnego na konserwację oznacza jednocześnie ograniczenie przestojów.

Wielofunkcyjne złącza HARTING umożliwiają budowę modułowych systemów robotycznych, które można łatwiej przezbrajać, kalibrować i modernizować.

Złącza HARTING dla automatyki i robotyki

Liczba wymagań stawianych przewodom, wtykom i gniazdom stosowanym w robotyce sprawia, że istotny jest właściwy dobór grupy produktowej. HARTING, jako jeden z rozpoznawalnych europejskich producentów złączy przemysłowych, oferuje rozwiązania przeznaczone do zastosowań w automatyce, w tym również w aplikacjach robotycznych.

Złącza HDC

Złącza HDC zostały zaprojektowane z myślą o pracy w wymagających warunkach środowiskowych. Jednocześnie charakteryzują się większymi gabarytami i masą, a w wielu wariantach ich korpusy wykonane są z metalu. Ich styki umożliwiają również przewodzenie wysokich wartości prądu.

Podpis

Rodzina HDC obejmuje setki wariantów, zarówno przeznaczonych do zasilania, jak i transmisji sygnałów.

Wybrane wersje HDC są kompatybilne ze standardowymi interfejsami, m.in. z połączeniami Ethernet wykorzystującymi RJ45 oraz szeregowymi interfejsami DB stosowanymi w komputerach.

Podpis

W systemach robotycznych mogą być wykorzystywane przede wszystkim jako interfejsy pomiędzy robotem, szafą sterowniczą oraz modułami sterującymi i zasilającymi. Na uwagę zasługuje również modułowa budowa tych złączy, pozwalająca skonfigurować wtyk i gniazdo odpowiednio do konkretnej aplikacji.

Złącza i przewody M12

Oferta HARTING w standardzie M12 obejmuje zarówno wtyki i gniazda, jak również przewody przygotowywane fabrycznie. Ich istotną zaletą jest kompaktowa konstrukcja, która wiąże się jednak z zastosowaniem mniejszych styków i niższymi możliwościami prądowymi – do 12 A i 630 V.

M12 wyróżnia się szerokim wyborem gotowych przewodów. Wynika to z faktu, że złącza tego typu są standardowo stosowane w wielu modułach czujnikowych, dzięki czemu parametry i konfiguracje wyprowadzeń są częściowo ustandaryzowane.

Podpis

Format M12 znajduje zastosowanie również w niestandardowych konfiguracjach, jednak częściowa standaryzacja, szczególnie w obszarze czujników i urządzeń peryferyjnych, pozwala przyspieszyć montaż oraz serwis maszyn.

Niewielkie rozmiary oraz dostępność wielu gotowych wariantów sprawiają, że M12 można wykorzystać w licznych punktach instalacji robotycznej, m.in.:

• przy chwytaku,
• przy czujnikach położenia,
• przy modułach wejść/wyjść,
• przy urządzeniach bezpieczeństwa,
• w połączeniach komunikacyjnych.

Wykorzystanie gotowych przewodów M12 w robocie może skrócić czas montażu oraz potencjalnych napraw. W przypadku awarii możliwa jest wymiana całego przewodu, co pozwala uniknąć długotrwałej i szczegółowej diagnostyki.

M17 – rozwiązanie pomiędzy kompaktowością a parametrami

Złącza M17 stanowią rozwiązanie pośrednie pomiędzy kompaktowymi złączami M12 a wysokoprądowymi M23. Mogą być stosowane tam, gdzie przestrzeń jest ograniczona, a jednocześnie wymagane są stosunkowo wysokie parametry elektryczne, zależne od konkretnego modelu.

W robotyce M17 mogą znaleźć zastosowanie przy okablowaniu:

• kompaktowych modułów wykonawczych,
• osi pomocniczych,
• elementów osprzętu,
• połączeń sygnałowych wykorzystujących dużą liczbę torów.

M17 sprawdzi się więc w miejscach, w których typowe M12 nie zapewnia wystarczająco rozbudowanego połączenia, ale nadal ważne pozostają niewielkie gabaryty.

Podpis

Pojedyncze złącze M17 może mieć maksymalnie 17 styków. Połączenie przewodu ze stykami realizowane jest poprzez ich zaciskanie na żyłach. Z kolei połączenie wtyku z gniazdem odbywa się za pomocą blokady bagnetowej lub gwintu.

W ofercie TME dostępne są warianty panelowe oraz montowane na przewodzie, w wykonaniu prostym i kątowym, a także w wersjach męskiej i żeńskiej.

M23 – rozwiązania do wymagających połączeń

Jedną z najważniejszych właściwości złączy M23 jest możliwość przesyłania zasilania o znacznej mocy, np. 20 A przy 300 V. Ich konstrukcja zapewnia również przestrzeń potrzebną do podłączania różnych sygnałów.

Podpis

W ramach tej rodziny producent wyróżnia wersje Power, Hybrid oraz Signal. Dzięki temu jedno rozwiązanie może służyć do stabilnego przesyłania zasilania, sygnałów sterujących oraz komunikacyjnych, a jednocześnie ułatwiać montaż i późniejszy serwis.

Podpis

W automatyce oraz robotyce stanowiskowej złącza M23 są przeznaczone do bardziej wymagających połączeń, m.in. napędów, serwomechanizmów, enkoderów, siłowników, stołów obrotowych czy pozycjonerów.

Dla integratorów i techników znaczenie ma nie tylko wysoka wydajność prądowa, lecz również odporność mechaniczna złączy, w tym ich zdolność do pracy w warunkach drgań. Do najważniejszych zalet M23 należy ograniczenie ryzyka awarii połączeń napędowych oraz ułatwienie wymiany modułów.

Artykuł sponsorowany TME