无缝连接和扭矩传感给工业机器人带来的转变

电子发烧友网报道（文/李宁远）由于协作机器人的出现，加上控制技术、传感器技术和高速计算能力的创新，工业机器人市场正在经历一波技术进步的浪潮。重型的工业机器人已经进化到承担更重的负荷和更大的承载任务，但在更多应用场景里，小型工业机器人的数量增加得更为迅速，而且可完成的任务也更加多样。
 
工业机器人升级背后的无缝连接
 
工业机器人在技术进步中除了硬件的升级，网络架构的改变也不小。随着软硬件配置变得更加模块化，计算能力也在大幅提升使产经能够获得更好的智能特性。这种改变意味着所有的组件，从边缘传感器到云端都需要无缝连接，而不是信息孤岛。无缝连接是工业4.0的核心原则，它需要可靠、高速的数据和电力传输。这也和我们看到的越来越多OEM将连接解决方案设计为平台而不是离散的组件这一趋势相匹配。
 
传统的电力或者信号连接器即便可以提供极快的传输，也很难在复杂的工业场景下保证可靠和性能。因此在工业机器人领域，传统接线端子的一些功能已经被重载连接器整合代替掉了，这样有效提高了连接的可靠性，还能减少装配复杂度，有助于确保动态插入和电源连接、信号和数据连接。
 
能够在极端恶劣的工况下稳定传输电力、数据和信号的重载连接器混合传输，极契合现在混合型传输升级的趋势。借助模块化的配置，重载连接器可将各种不同接口的电力、信号和数据传输技术组合在一起，一替多的同时保证可靠的高速传输，大大节省了原本复杂的连接配置空间。
 
工业机器人很难有一个标准的工作环境，高温可能损坏连接组件、机电火花可能破坏连接组件，在严苛环境下保证机器人无缝连接是相当有挑战的。尤其是机器人上最多的电机和电机控制相关组件，很容易发生电磁干扰，这些强大的功率信号可能会影响到数据流的传输。为了使机器人在指定的参数内运行并在工厂生产，控制器需要关于机器人位置的准确、实时信息，位置数据流中断，计算机无法准确测量机器人的位置。
 
高可靠、高密度触点结构的重载连接，在模块化和小型化的演进中既能提供工业机器人需要的可靠，又能在有限的空间里给予无缝连接设计足够的灵活度。
 
工业机器人升级背后的扭矩传感
 
在工业机器人向协作机器人转变的途中，有一个趋势是人机协同。在很多应用里，人机协同的方案，比完全自动化解决方案或纯人工解决方案效率更高。人机协同那就需要对机械臂的控制非常精准。
 
机械臂关节一般包含一个扭矩传感器、一个齿轮单元/齿轮驱动器、一个电机驱动器、一个位移传感器、一个用于电机的功率转换器和几个电源。元件数量不宜太多，太多会导致复杂性提高。对于人机协同来说，需要扭矩传感足够耐用且可靠。
 
整个机械臂设计的应力性能和每一个元件设计都相关，因此必须针对每个协作机器人应用定制关节扭矩和安全扭矩传感器的输入和输出，同时还需要专门针对各自特定的扭矩范围、厚度和质量优化应力条件。耐用的扭矩传感器是实现人机协同的基本要求。
 
协作机器人中的扭矩传感器需要提供优秀的过载能力，可以反复承受两倍额定负载的能力是必须的，否则机械臂需要承载很高的横向载荷很容易产生结构失效。
 
温度稳定性同样是重点，因为机器人关节位于电机附近，容易受到电机高负载下温度波动的影响。扭矩传感需要降低关节对热量的敏感度，维持高水平的精确度。
 
小结
 
过去很多没有办法应用工业机器人的现场，很多没有办法负担起高昂机器人价格的场景，现在都可以使用工业机器人来实现更高水平的自动化。工业机器人在更灵活更安全特性上的进步正是由这些持续迭代的基础硬件技术推动着。