Robotiikka tarkoittaa liikettä, värähtelyjä, tiukkaa tilaa ja usein tapahtuvia konfiguraatiomuutoksia. Siksi liitännät on valittava työskentelyalueen mukaan. Tässä artikkelissa esittelemme HARTINGin ratkaisuja täydellisen liitäntäarkkitehtuurin osina robotiikassa.

Liittimet, pistorasiat ja kaapelit merkiltä HARTING ovat vuosikymmenten ajan nauttineet ammattilaisten luottamusta, jotka rakentavat monimutkaisia teollisuusjärjestelmiä, mm. automaatio/robotiikka-alalla. Nämä tuotteet on suunniteltu erilaisten signaalien ja virran johtamiseen sekä moottorien ohjaukseen. Ne ovat myös kestäviä monille mekaanisille tekijöille (jatkuva, toistuva liike, värähtelyt jne.). Alla olevassa tekstissä esitetään yleistetty HARTINGin tarjontakuvasto ottaen huomioon teollisten robottien rakentamisessa esiintyvät vaatimukset.

Tässä artikkelissa käsitellään seuraavia aiheita:

• Robotiikan yleinen luonteenpiirre automaatiossa
• Erilaisten alueiden monimuotoisuus robottijärjestelmissä
• Tärkeimmät liittimien parametrit robotiikassa
• HARTINGin HDC-elementtien valinta
• M12-liittimien/kaapeleiden mahdollisuudet ja rajoitukset
• M17-tuotteiden tarjoama optimaalinen kompromissi
• M23-liittimet ja pistorasiat, eli korkeat parametrit ja kestävyys

LIITÄNTÖJEN ERITYISPIIRTEET ROBOTIIKASSA

Robottijärjestelmien toteuttamiseen käytettävillä liittimillä (riippumatta siitä, onko kyseessä automaattisen järjestelmän osa vai itsenäinen kone) on keskeinen merkitys laitteiden kestävyydessä, niiden huoltovarmuudessa ja skaalautuvuudessa. Samalla tämä insinööritiede tuo suunnittelijoille monia haasteita, jotka liittyvät liikkeeseen, värähtelyihin, ohjaussignaalien häiriöihin jne. Lisäksi liittimiltä vaaditaan mm. nopeaa vaihtokykyä, kykyä toimia rajoitetussa tilassa, kestävyyttä mekaanisille tekijöille sekä – mikä on erittäin tärkeää – standardointia. Hyvin valitut liittimet lyhentävät robottijärjestelmien käyttöönottoaikaa ja vähentävät huoltovirheiden riskiä.

Tässä artikkelissa esitellään juuri tällaisia HARTINGin ratkaisuja, jotka on erinomaisesti mukautettu robottien, kuten:

• käsivarsien,
• läsnäolo- ja paikannustunnistimien,
• kuljettimien,
• paikannuslaitteiden,
• kääntötaulujen,
• kameroiden tai visuaalisten järjestelmien.

Lisäksi nämä liittimet on suunniteltu teollisuuteen ja automaatioon, joten ne voivat myös palvella robotiikkaan tiiviisti liittyvissä sovelluksissa:

• turvaverkot,
• I/O-moduulit,
• ohjauskeskukset,
• virransyöttö- ja moottoriohjausjärjestelmät.

Alueet, eli tyypilliset liitinsovellukset

Ennen kuin käsitellään yksittäisiä tuotekategorioita, hahmotellaan tärkeimmät sovellusryhmät, eli robotiikan alueet, joissa HARTINGin liittimiä käytetään. Yleisen käyttötarkoituksen määrittäminen auttaa löytämään nopeammin optimaaliset tuotekategoriat. Tietenkään tämä ei tarkoita, että muut liitin- tai kaapelisarjat olisivat täysin sopimattomia.

Robotin työkalu ja tarttumiskohdan ympäristö
Jos nämä elementit sijaitsevat käsivarsien päissä, liittimien koko ja paino ovat erittäin tärkeitä – nämä ominaisuudet vaikuttavat epäsuorasti koko mekanismin tarkkuuteen. Myös helppo vaihto ja kestävyys liikkeelle ovat merkittäviä. HARTINGin tuotteet, jotka parhaiten vastaavat näitä vaatimuksia, ovat M12-kaapelit ja liittimet. Korkeampien virrankäyttövaatimusten tapauksessa myös M17.

Kaapelinohjaimet ja liikkuvat osat
Toisin sanoen: paikat, joissa staattinen ohjain yhdistyy liikkuviin toimilaitteisiin. Tällaiset dynaamisesti työskentelevät kaapeloinnit ja liittimet on pidettävä kestävinä toistuville taivutuksille, suojattava piiri jännityksiltä ja helpotettava kaapeleiden järjestelmällistä johtamista. Käytännössä kaikki HARTINGin tuotteet täyttävät tällaiset vaatimukset tai voidaan mukauttaa näihin sovelluksiin.

Robotin perusta, moottorit ja toimilaitteet
Näillä alueilla esiintyy lisääntyneitä virrankäyttövaatimuksia, liittimet ja kaapelit toimivat virran, ohjaussignaalien ja suoran moottoriohjauksen rajapintoina. Siksi on järkevää harkita ensisijaisesti malleja, joissa on suuret johtopinta-alat, eli M17- ja M23-tuotteita.

Ohjauskeskuksen, robotin ja työpisteen moduulien liitäntä
Näissä paikoissa vaaditaan tyypillistä teollista kestävyyttä – sekä sähköisten parametrien että mekaanisten ominaisuuksien osalta. Myös laajat konfigurointimahdollisuudet ja korkea tiiviysluokka ovat tärkeitä. Tämä vastaa täydellisesti HDC- ja M23-tuotteiden ominaisuuksia.

Keskeiset haasteet

Riippumatta tarkasta käyttökohteesta, robotiikassa käytettävät liittimet ja kaapelit altistuvat useille haitallisille ympäristötekijöille ja erilaisille kuormituksille. On syytä pitää mielessä, että jokaisen kontaktin, pistorasian ja kaapelin on osoitettava kestävyyttä tällaisissa olosuhteissa.

Toistuva liike ja värähtelyt
Robotit ja cobotit (engl. collaborative robot) työskentelevät toistuvissa sykleissä, useita tunteja päivässä. Jokainen sykli tarkoittaa akselin liikettä, kaapeleiden sijainnin muutosta, värähtelyjä ja mekaanisia kuormituksia. Jos tuotteet (osat), joita käytetään liitoksen toteuttamiseen, valitaan väärin, seuraukset voivat ilmetä vasta ajan myötä. Esimerkiksi signaalikatkokset, anturivirheet, akselin pysähtyminen, viestintäongelmat tai hätätilanteen pysäytys.

Suunnitellessasi järjestelmää ja etsiessäsi siihen sopivia komponentteja on siksi harkittava:

• standardoitujen kaapeleiden ja liittimien käyttöä toistuvissa sovelluksissa (helppo vaihto);
• jännitysten välttämistä kaapelin ja liittimen välillä sekä liittimien käyttöä, joissa kaapelit on tiukasti kiinnitetty;
• kaapelin pituus varastolla, mutta ilman liiallista (erikoisvalmistajat, kuten HARTING, tarjoavat tehtaalla valmistettuja kaapelointeja monissa kooissa).

Rajoitettu tila
Liittimien ja kaapeleiden koko on tärkeä tekijä mekanismin tarkkuuden ja ergonomian kannalta – mutta tämä tekijä voi myös määräytyä itse rakenteen mukaan. Monet tyypillisen robotin komponentit tarjoavat rajoitetun tilan, ja tarttumien, imureiden, antureiden, venttiilien, pneumatiikkakaapeleiden, joskus kameroiden tai lisä-I/O-moduulien lisäksi on myös mahduttava liittimiä, kaapeleita ja muita rajapintaelementtejä. Painon ja kaapeleiden määrän rajoittaminen käsivarren päässä, esimerkiksi käyttämällä sovellukseen mukautettuja liittimiä, mahdollistaa monimutkaisten mekanismien toteuttamisen.

Muokkaus, huolto ja skaalaus
Yksi automaatiojärjestelmien tärkeimmistä ominaisuuksista on skaalautuvuus, muokkausmahdollisuus ja mahdollisimman nopea huolto/palvelu (eli seisokkiajan maksimaalinen rajoittaminen). HARTINGin monitoimiliittimet mahdollistavat robottijärjestelmien toteuttamisen modulaarisesti, minkä vuoksi ne ovat helppoja vaihtaa, kalibroida ja päivittää.

TÄRKEIMMÄT TUOTEKATEGORIAT

Ottaen huomioon, kuinka monia haasteita liittimille, pistorasioille ja kaapeloinnille robotiikassa esitetään, tarkastellaan, miten HARTING vastaa niihin – yksi tunnetuimmista eurooppalaisista teollisuusliittimien valmistajista. Alla on esitelty muutamia tuotekategorioita, jotka toimittaja on suunnitellut erityisesti automaatiosovelluksiin (muiden muassa).

HDC-liittimet

HDC-liittimet, kuten nimi viittaa, ovat kestäviä erittäin vaikeissa ympäristöolosuhteissa. Toisaalta ne ovat suhteellisen suurikokoisia ja painavia (monissa tapauksissa niiden kotelot on valmistettu metallista). Niillä on myös kontakteja, jotka pystyvät johtamaan suuria virtoja. Tällaisia liittimiä on saatavilla sadoissa eri versioissa, sekä virtaliittiminä että signaaliliittiminä.

Jotkut HDC-liittimistä on mukautettu standardoituja rajapintoja varten, esim. ne ovat yhteensopivia RJ45 Ethernet-liittimien tai tietokoneissa käytettävien sarjaliitäntöjen DB kanssa. Robotiikassa tällaisia liittimiä käytetään ensisijaisesti rajapintojen toteuttamiseen robotin, ohjauskeskuksen ja virtamoduulien välillä. Tärkeää on myös liittimien modulaarinen rakenne, joka mahdollistaa liittimien ja pistorasioiden valmistamisen täydellisesti sovitettuna tiettyyn sovellukseen.

M12-liittimet ja kaapelit

HARTINGin M12-muotoiset tuotteet eivät ole vain liittimiä ja pistorasioita, vaan myös tehtaalla valmistettuja kaapeleita. Nämä tuotteet tarjoavat kompaktin rakenteen – pienillä kontakteilla, joilla on pienemmät virrankäyttömahdollisuudet (jopa 12A ja 630V).

Tämä tuotekategoria erottuu laajalla valikoimalla tehtaalla valmistettuja kaapeleita. Tämä johtuu siitä, että M12-liittimiä käytetään monissa anturimoduuleissa, mikä tarkoittaa, että liittimien parametrit ja konfiguraatiot ovat jossain määrin standardoituja. Vaikka M12-muotoa käytetään myös epätavallisissa konfiguraatioissa, osittainen standardointi (erityisesti antureiden ja oheislaitteiden alalla) auttaa nopeuttamaan koneiden asennusta ja huoltoa.

Pienet mitat ja laaja valikoima valmiita ratkaisuja tekevät M12-liittimistä sopivia moniin liitoksiin roboteissa:

• käsivarren kohdalla,
• paikannustunnistimien kohdalla,
• I/O-moduulien kohdalla,
• turvalaitteiden kohdalla,
• viestintäliitoksissa.

Robotin mukauttaminen valmiiden M12-kaapeleiden käyttöön lyhentää asennusaikaa ja mahdollisia korjauksia. Vikaantumisen sattuessa koko kaapelin vaihtaminen on mahdollista, mikä poistaa tarpeen aikaa vievälle, yksityiskohtaiselle diagnosoinnille.

M17-liittimet, eli laaja potentiaali kompromissi

M17-liittimet ovat välimuoto kompaktien M12:n ja suurvirtaisten M23:n välillä. Ne soveltuvat rajoitettuun tilaan, mutta tarjoavat myös suhteellisen korkeita sähköisiä parametreja (mallista riippuen). Robotiikassa tällaista kysyntää voi esiintyä kaapeloinnin toteuttamisessa:

• kompaktit toimilaitteet,
• apuaineet,
• lisävarusteet,
• suuri määrä signaaliliitäntöjä.

M17 voidaan esittää ratkaisuna paikoissa, joissa sovellus vaatii monimutkaisempaa liitäntää kuin tyypillinen M12, mutta kompaktin koon merkitys on edelleen tärkeä.

Yksittäinen M17-liitin voi sisältää jopa 17 kontaktia. Kaapelille asennus tapahtuu puristamalla kontakteja sen johtimiin, kun taas liitin ja pistorasia yhdistetään käyttämällä kiinnitys- tai kierreliitosta. TME:n tarjonnassa on paneeli- ja kaapelimallit, suoria ja kulmaisia, uros- ja naarasversioita.

M23-liittimet monilla mahdollisuuksilla

M23-liittimien keskeinen ominaisuus on suuren tehon (esim. 20A, 300V) siirto sekä riittävät mitat erilaisten signaalien liittämiseen. Valmistaja on erottanut tässä tarjonnassa Power, Hybrid ja Signal -elementit. Liitäntä voi vakaasti siirtää virtaa, ohjaussignaaleja ja viestintää, ja samalla se helpottaa asennusta ja huoltoa.

Robotiikassa ja työpaikka-automaatiossa M23 käsittelee vaativimmat liitännät, kuten moottoreita, servomoottoreita, enkoodereita, toimilaitteita, kääntötauluja ja paikannuslaitteita.

Integraattoreiden ja teknikoiden kannalta tärkeä ominaisuus ei ole vain virrankäyttökyky, vaan myös mekaaninen kestävyys, esim. värähtelyille. M23-liittimien keskeisiä etuja ovat: liitäntöjen vikasietoisuuden rajoittaminen ja moduulien vaihdon helpottaminen.

YHTEENVETO EROISTA

Lopuksi tarkastellaan, miltä suositeltujen tuotekategorioiden vertailu näyttää niiden kohdealueiden mukaan. On kuitenkin muistettava, että käytettävien komponenttien lopullinen valinta on riippuvainen kunkin sovelluksen parametreista.

Alkuperäinen teksti: https://www.tme.eu/fi/news/about-product/page/79290/harting-liittimet-ja-kaapelit-robotiikkaan/