無縫連接和扭矩傳感給工業(yè)機(jī)器人帶來的轉(zhuǎn)變

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠(yuǎn)）由于協(xié)作機(jī)器人的出現(xiàn)，加上控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和高速計算能力的創(chuàng)新，工業(yè)機(jī)器人市場正在經(jīng)歷一波技術(shù)進(jìn)步的浪潮。重型的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)化到承擔(dān)更重的負(fù)荷和更大的承載任務(wù)，但在更多應(yīng)用場景里，小型工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量增加得更為迅速，而且可完成的任務(wù)也更加多樣。

工業(yè)機(jī)器人升級背后的無縫連接

工業(yè)機(jī)器人在技術(shù)進(jìn)步中除了硬件的升級，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的改變也不小。隨著軟硬件配置變得更加模塊化，計算能力也在大幅提升使產(chǎn)經(jīng)能夠獲得更好的智能特性。這種改變意味著所有的組件，從邊緣傳感器到云端都需要無縫連接，而不是信息孤島。無縫連接是工業(yè)4.0的核心原則，它需要可靠、高速的數(shù)據(jù)和電力傳輸。這也和我們看到的越來越多OEM將連接解決方案設(shè)計為平臺而不是離散的組件這一趨勢相匹配。

傳統(tǒng)的電力或者信號連接器即便可以提供極快的傳輸，也很難在復(fù)雜的工業(yè)場景下保證可靠和性能。因此在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，傳統(tǒng)接線端子的一些功能已經(jīng)被重載連接器整合代替掉了，這樣有效提高了連接的可靠性，還能減少裝配復(fù)雜度，有助于確保動態(tài)插入和電源連接、信號和數(shù)據(jù)連接。

能夠在極端惡劣的工況下穩(wěn)定傳輸電力、數(shù)據(jù)和信號的重載連接器混合傳輸，極契合現(xiàn)在混合型傳輸升級的趨勢。借助模塊化的配置，重載連接器可將各種不同接口的電力、信號和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)組合在一起，一替多的同時保證可靠的高速傳輸，大大節(jié)省了原本復(fù)雜的連接配置空間。

工業(yè)機(jī)器人很難有一個標(biāo)準(zhǔn)的工作環(huán)境，高溫可能損壞連接組件、機(jī)電火花可能破壞連接組件，在嚴(yán)苛環(huán)境下保證機(jī)器人無縫連接是相當(dāng)有挑戰(zhàn)的。尤其是機(jī)器人上最多的電機(jī)和電機(jī)控制相關(guān)組件，很容易發(fā)生電磁干擾，這些強(qiáng)大的功率信號可能會影響到數(shù)據(jù)流的傳輸。為了使機(jī)器人在指定的參數(shù)內(nèi)運(yùn)行并在工廠生產(chǎn)，控制器需要關(guān)于機(jī)器人位置的準(zhǔn)確、實時信息，位置數(shù)據(jù)流中斷，計算機(jī)無法準(zhǔn)確測量機(jī)器人的位置。

高可靠、高密度觸點結(jié)構(gòu)的重載連接，在模塊化和小型化的演進(jìn)中既能提供工業(yè)機(jī)器人需要的可靠，又能在有限的空間里給予無縫連接設(shè)計足夠的靈活度。

工業(yè)機(jī)器人升級背后的扭矩傳感

在工業(yè)機(jī)器人向協(xié)作機(jī)器人轉(zhuǎn)變的途中，有一個趨勢是人機(jī)協(xié)同。在很多應(yīng)用里，人機(jī)協(xié)同的方案，比完全自動化解決方案或純?nèi)斯そ鉀Q方案效率更高。人機(jī)協(xié)同那就需要對機(jī)械臂的控制非常精準(zhǔn)。

機(jī)械臂關(guān)節(jié)一般包含一個扭矩傳感器、一個齒輪單元/齒輪驅(qū)動器、一個電機(jī)驅(qū)動器、一個位移傳感器、一個用于電機(jī)的功率轉(zhuǎn)換器和幾個電源。元件數(shù)量不宜太多，太多會導(dǎo)致復(fù)雜性提高。對于人機(jī)協(xié)同來說，需要扭矩傳感足夠耐用且可靠。

整個機(jī)械臂設(shè)計的應(yīng)力性能和每一個元件設(shè)計都相關(guān)，因此必須針對每個協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用定制關(guān)節(jié)扭矩和安全扭矩傳感器的輸入和輸出，同時還需要專門針對各自特定的扭矩范圍、厚度和質(zhì)量優(yōu)化應(yīng)力條件。耐用的扭矩傳感器是實現(xiàn)人機(jī)協(xié)同的基本要求。

協(xié)作機(jī)器人中的扭矩傳感器需要提供優(yōu)秀的過載能力，可以反復(fù)承受兩倍額定負(fù)載的能力是必須的，否則機(jī)械臂需要承載很高的橫向載荷很容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)失效。

溫度穩(wěn)定性同樣是重點，因為機(jī)器人關(guān)節(jié)位于電機(jī)附近，容易受到電機(jī)高負(fù)載下溫度波動的影響。扭矩傳感需要降低關(guān)節(jié)對熱量的敏感度，維持高水平的精確度。

小結(jié)

過去很多沒有辦法應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)場，很多沒有辦法負(fù)擔(dān)起高昂機(jī)器人價格的場景，現(xiàn)在都可以使用工業(yè)機(jī)器人來實現(xiàn)更高水平的自動化。工業(yè)機(jī)器人在更靈活更安全特性上的進(jìn)步正是由這些持續(xù)迭代的基礎(chǔ)硬件技術(shù)推動著。