如何通過半導體器件實現(xiàn)高精度可靠的工業(yè)機器人

發(fā)布日期：2022-04-19 來源：電子發(fā)燒友網(wǎng) 瀏覽次數(shù)：297

核心提示：以往我們聊工業(yè)機器人的角度都是從上游核心半導體器件入手，看如何通過半導體器件實現(xiàn)高精度的可靠的工業(yè)機器人。工業(yè)自動化率的

以往我們聊工業(yè)機器人的角度都是從上游核心半導體器件入手，看如何通過半導體器件實現(xiàn)高精度的可靠的工業(yè)機器人。工業(yè)自動化率的提高和機器人技術的發(fā)展有著不小的關系，目前，工業(yè)機器人需要處理任務的趨勢正在往高速處理和精確處理擴展，并推動了對多功能、靈活和智能末端工具的需求。這里面，涉及到整個機器人連接系統(tǒng)，連接系統(tǒng)要以盡可能快的速度收集和傳輸來自機器人及其制造環(huán)境的大量數(shù)據(jù)點。連接系統(tǒng)不僅需要快速的數(shù)據(jù)傳輸，其保護性更是實現(xiàn)整個機器人本體高可靠性的前提。

傳感器連接的無干擾數(shù)據(jù)傳輸

在機器人設計領域，傳感器技術及其集成一直都是熱門的話題。為實現(xiàn)順利傳感器系統(tǒng)與機器人系統(tǒng)的集成，連接部件必須滿足在數(shù)據(jù)傳輸效率上的高要求。得益于連接器在數(shù)據(jù)傳輸上的可靠高速，機器人能夠配合越來越多的傳感器對環(huán)境進行感知。

機器人連接一般要求IP65/IP67的保護等級，在傳感器接口上一般選取M12 X編碼或推挽式 RJ45/M12連接器。傳統(tǒng)的M12 X編碼和RJ45是較為人熟知的，在很多工業(yè)場景中都有他們的身影。而推挽式M12連接器，憑借推挽式技術，可在工業(yè)設備上實現(xiàn)密度更高的M12連接，只需在PCB插座上插入連接器。而且推挽式技術帶來的間歇連接或連接松動的風險更低。

在部署上，這種推挽式技術提升了可靠性和便捷性;在傳輸上，推挽式M12集成了傳統(tǒng)M12系統(tǒng)高完整性信號傳輸，能夠滿足高達10 Gb/s的帶寬需求。此外，還可以通過改變端子材料，來實現(xiàn)更高的傳導率，比如將端子鍍銀。推挽式連接的所有信號觸電，能夠用于傳輸模擬信號、數(shù)字信號、低電壓信號和總線信號。

傳感器想實現(xiàn)無干擾的數(shù)據(jù)傳輸另一個要求就是高屏蔽性。不管是M12 X編碼或推挽式 RJ45/M12連接，都會設置360°EMC 和機械保護功能。尤其是經(jīng)過優(yōu)化的RJ45，使用三線扼流圈(PoE 和信號之間沒有干擾)，可以提供出色的信號完整性，可以防止飽和，大大減少了傳輸錯誤。

另外需要補充的是，連接器的模塊數(shù)量需要根據(jù)機器人傳感器的技術規(guī)格來選擇。針對不同的電流范圍，4 A、10 A、16 A或40 A都有許多不同的匹配模塊。這些不同模塊的高效集成大大提升了傳感在機器人在應用中的使用，實現(xiàn)了無干擾的數(shù)據(jù)傳輸。

全電氣性能覆蓋的高密度重載連接

作為被設計用于在最嚴苛的條件下傳輸電力、數(shù)據(jù)和信號的重載連接器，瞄準的自然是最嚴苛的機器人工況，振動、粉塵、溫度挑戰(zhàn)和機械沖擊等等。隨著現(xiàn)在各種靈活的模塊化趨勢以及混合型傳輸?shù)纳墸剌d連接不僅可以解決嚴苛工況里的高功率傳輸，而且還足夠靈活。

混合型的傳輸首先解決了空間問題，借助模塊化系統(tǒng)，重載連接器可將各種電力、信號和數(shù)據(jù)傳輸技術組合在一起(RJ45、D-Sub、USB、Quint、光纖)，大大節(jié)省了連接尺寸。僅僅節(jié)約尺寸并不是太大優(yōu)勢，在單個連接器中，信號端子的高密度在空間受限的尺寸才是更大的吸引點。如果重載連接器模塊配置完全，其信號端子可多達數(shù)百個引腳，高密度不言而喻。

高性能、高密度觸電結構的重載連接，對整個機器人系統(tǒng)的電氣性能覆蓋范圍極廣，從幾安到幾百安的電流范圍都能輕松承載。而且重載連接的定制化可以并不拘泥于一種信號或數(shù)據(jù)的傳輸，可以實現(xiàn)信號、電源、氣動、同軸電纜和以太網(wǎng)等等連接。對于需要在嚴苛工況下工作的工業(yè)機器人，重載連接很受青睞。

連接中的浪涌保護

高度自動化設備除了對傳輸測量、控制調(diào)節(jié)有極高的需求外，保護電子部件免受過電壓影響是一個隱性的需求。因為過電壓而引發(fā)的機器人停工在很多制造廠中都屢見不鮮。

為主動保護生產(chǎn)系統(tǒng)中的各種信號，必須識別信號電路的參考電位并在選擇合適的保護設備時將其考慮在內(nèi)，因此將浪涌保護集成進連接器中還是非常有必要的。浪涌保護模塊可以選擇使用氣體放電管、抑制二極管和電阻器等多個保護元件，在出現(xiàn)過電壓的情況時，這些部件的組合可確保擾動變量的協(xié)調(diào)導出。多一個浪涌保護，機器人可以大幅提升正常運用的時間，這筆成本賬不難算。

小結

在機器人連接上，我們認知里的高傳輸速率，高帶寬這些高指標反而并不用太過擔心，目前的連接器水平實現(xiàn)這兩點是相對更容易的。如何在連接保護，節(jié)省空間，高密度插拔上實現(xiàn)更好的連接效果反而更為不易，畢竟保護性是實現(xiàn)整個機器人本體高可靠性的前提。

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