組件增益推動(dòng)下一代協(xié)作機(jī)器人

幾十年來，機(jī)器人一直是制造業(yè)的一部分，但工業(yè) 5.0的到來在大數(shù)據(jù)的推動(dòng)下，正在幫助重組方程式，以支持機(jī)器人不僅增加而且靈活的自動(dòng)化。當(dāng)然，仍然需要關(guān)在籠子里的巨型機(jī)器人，它們可以在一分鐘內(nèi)將汽車保險(xiǎn)杠搗碎，但它們更靈活、體積更小的表親：協(xié)作機(jī)器人也是如此。協(xié)作機(jī)器人，簡稱為協(xié)作機(jī)器人，與更傳統(tǒng)的機(jī)器人相比具有許多優(yōu)勢：它們可以快速重新編程以承擔(dān)新任務(wù)，甚至可以在一天內(nèi)完成。協(xié)作機(jī)器人與人類相處融洽，并能高效地與他們一起工作。通常情況下，協(xié)作機(jī)器人會(huì)承擔(dān)重復(fù)和無聊的任務(wù)，從而讓人類有時(shí)間從事更復(fù)雜的工作。最重要的是，協(xié)作機(jī)器人被認(rèn)為具有成本效益，這意味著即使是中小型企業(yè)也能負(fù)擔(dān)得起自動(dòng)化。

協(xié)作機(jī)器人正在推動(dòng)工業(yè) 5.0，即下一次工業(yè)革命。2018 年全球協(xié)作機(jī)器人市場價(jià)值 6.491 億美元，預(yù)計(jì)到2025 年將以驚人的 44.5% 的復(fù)合年增長率增長。在這里，我們將討論支持下一代協(xié)作機(jī)器人的一些組件。

協(xié)作機(jī)器人工業(yè)手臂

工業(yè)機(jī)器人手臂是機(jī)械手，有點(diǎn)像人類的手臂。它們的機(jī)械關(guān)節(jié)不是肌肉，而是由外部電源提供動(dòng)力，通常是電動(dòng)機(jī)。手臂負(fù)責(zé)繁重的工作，計(jì)算機(jī)軟件充當(dāng)大腦。視覺和運(yùn)動(dòng)檢測系統(tǒng)幫助它感知物體并根據(jù)該信息采取行動(dòng)。

接近感應(yīng)

由于協(xié)作機(jī)器人沒有籠子，它必須滿足一定范圍的安全條件。它必須在任務(wù)執(zhí)行期間啟用接近感應(yīng)。這樣，當(dāng)員工靠得太近時(shí)，它就會(huì)知道強(qiáng)制執(zhí)行安全停留。更復(fù)雜的視覺系統(tǒng)還可以監(jiān)控人類向它們移動(dòng)的速度，以便它們可以準(zhǔn)時(shí)停止并在人類離開時(shí)繼續(xù)。除了接近感應(yīng)之外，它還應(yīng)該允許員工使用標(biāo)準(zhǔn)的緊急停止 (E-stop) 按鈕來覆蓋其行為。

力感應(yīng)

協(xié)作機(jī)器人還必須知道何時(shí)停止推動(dòng)或在執(zhí)行任務(wù)時(shí)施加多大的力。例如，與處理金屬軸承的機(jī)器人相比，處理雞蛋的拾放協(xié)作機(jī)器人需要施加不同的力。力感應(yīng)是機(jī)械臂的一個(gè)重要方面，需要包含嵌入式傳感器以相應(yīng)地調(diào)整其響應(yīng)。

在制造或其他應(yīng)用中，機(jī)械臂配備了一系列臂端工具選項(xiàng)，從軟夾具到真空吸盤，具體取決于所需的應(yīng)用。

協(xié)作機(jī)器人組件

控制機(jī)械臂的計(jì)算機(jī)“大腦”必須能夠時(shí)刻感知所有關(guān)節(jié)的當(dāng)前角度位置。這是所有工業(yè)手臂（包括傳統(tǒng)籠式機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人手臂）控制算法正常運(yùn)行的基本要求。為了感知關(guān)節(jié)位置，這些機(jī)器人需要將專用傳感器集成到關(guān)節(jié)電機(jī)中。對(duì)于機(jī)器人制造商而言，這些傳感器是采購的關(guān)鍵組件。它們必須在機(jī)器人的整個(gè)工作壽命期間可靠地工作，即使關(guān)節(jié)因在工廠地面上加載而變熱時(shí)也是如此。這些傳感器的關(guān)鍵要求之一是能夠適應(yīng)非常狹窄的空間。每次重新設(shè)計(jì)手臂連桿時(shí)，都需要選擇與之匹配的傳感器。

TE Connectivity 的工業(yè)旋轉(zhuǎn)變壓器非常符合要求。它們是用于工業(yè)伺服電機(jī)的模擬角度位置傳感器。這些空心軸高精度旋轉(zhuǎn)變壓器更可靠，專為低空間要求而設(shè)計(jì)，允許用戶定制和更大的靈活性。

圖 1：TE Connectivity 工業(yè)旋轉(zhuǎn)變壓器提供 360 度范圍內(nèi)的絕對(duì)角度信息，具體取決于版本。（來源：貿(mào)澤電子）

像所有工業(yè)機(jī)器人一樣，協(xié)作機(jī)器人需要將電力可靠地輸送到它們的電機(jī)。有許多用于連接控制信號(hào)、電力和電力電子元件的設(shè)計(jì)選項(xiàng)。在任何情況下，提供這種電源和信號(hào)的連接器都需要遵守工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并能承受大量的機(jī)械扭曲和彎曲。線對(duì)板連接器將電線連接到印刷電路板 (PCB)，從而實(shí)現(xiàn)電路之間的連接，是設(shè)計(jì)中要選擇的關(guān)鍵部件。同樣，一份通用的物料清單可能規(guī)定了一系列相關(guān)的連接器，這些連接器具有多種配置以進(jìn)行混合和匹配。

TE Connectivity 的 ELCON 微型線對(duì)板電源解決方案在 3 毫米（觸點(diǎn)間距）的常見工業(yè)足跡中提供高達(dá)每引腳 12.5A（最大值）的高電流密度。這種常見的行業(yè)足跡通過輕松升級(jí)現(xiàn)有設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)師和工程師提供了設(shè)計(jì)靈活性。

圖 2：TE Connectivity ELCON 微型線對(duì)板電源解決方案支持 2 至 24 針配置和不同電流以及不同線徑的多種組合。（來源：貿(mào)澤電子）

TE Connectivity 的此類組件可幫助企業(yè)設(shè)置協(xié)作機(jī)器人，以滿足其特定的空間限制和編程需求。

結(jié)論

隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，協(xié)作機(jī)器人有望在加快其步伐方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。下一次工業(yè)革命，即工業(yè) 5.0，已經(jīng)到來。協(xié)作機(jī)器人可以在裝配線、零件組裝、驅(qū)動(dòng)螺絲、拋光、檢查和其他日常任務(wù)中執(zhí)行拾取和放置任務(wù)。

隨著先進(jìn)的計(jì)算機(jī)視覺和傳感功能的引領(lǐng)，驅(qū)動(dòng)這些協(xié)作機(jī)器人的技術(shù)也變得越來越復(fù)雜。隨著協(xié)作機(jī)器人越來越多地被要求以更少的成本做更多的事情，他們將需要類似于 TE Connectivity 的組件來構(gòu)建下一代協(xié)作機(jī)器人。

審核編輯黃昊宇