Un supporto allo sviluppo della robotica

10th April 2019
Source: Harwin
Posted By : Alex Lynn
Un supporto allo sviluppo della robotica

Ogni giorno il settore della robotica conquista nuovi e stimolanti campi di applicazione, grazie alla sua capacità di integrarsi nelle funzioni che definiscono la società tecnologica contemporanea. I robot hanno contribuito a incrementare la produzione fino a livelli mai sperimentati in precedenza e, nella forma di cobot (collaborative robot), essi sono in grado di funzionare a stretto contatto con gli operatori sia all'interno di fabbriche che nei settori dedicati all'educazione dei giovani e all'assistenza degli anziani.

Conquistare alti gradi di affidabilità operazionale diventa quindi una sfida essenziale e, per quanto possano essere complesse le strutture di progettazione dei robot, i semplici componenti giocano un ruolo fondamentale. Ogni sistema robotico dipende dalla erogazione di potenza per alimentare i motori e gli attuatori che ne abilitano i movimenti, senza trascurare l'importanza della trasmissione dei dati provenienti dai sensori integrati che ne consentono l'interazione con l'ambiente. Pertanto, anche connettori e cavi giocano un ruolo fondamentale.

Nonostante le ingenti quantità di denaro stanziate per la realizzazione di sistemi robotici, accade spesso che quando si tratta di approvvigionare connettori, ingegneri e acquisitori si rivolgano a semplici fornitori di hardware per computer. In questo caso, il risparmio è solo apparente: un simile approccio può essere, infatti, la causa di problemi agli elementi di contatto la cui risoluzione può rivelarsi economicamente dispendiosa, considerando il periodo di inattività della linea in cui è installato il robot durante la ricerca e la riparazione del guasto. L'utilizzo di connettori hi-rel e cavi di alta qualità è quindi un mezzo efficace per evitare situazioni di questo genere.

Quale può essere il ruolo di Harwin nell'implementazione di sistemi robotizzati?
Harwin offre un vasto repertorio di connettori hi-rel in grado di soddisfare le applicazioni più esigenti, dove esposizioni a shock, vibrazioni e temperature estreme sono all'ordine del giorno. I connettori sono forniti con un servizio completo di assemblaggio dei cavi che permette ai clienti di scaricare sul nostro esperto team ingegneristico questo lavoro difficile e problematico, che, a differenza di altri fornitori, non prevede quantità minime d'ordine.

I clienti, quindi potranno beneficiare di questo servizio acquistando e pagando solamente il necessario, senza costi aggiuntivi per le attrezzature. Inoltre, nel package di assemblaggio cavi, è offerta pure l'impregnazione posteriore (backpotting).

I connettori Harwin utilizzabili nel progetto di robot
Gecko-SL – Compatti e leggeri, ma anche ultrarobusti, questi connettori a passo 1,25mm sono ottimizzati per applicazioni elettroniche ad alta densità dove lo spazio disponibile è limitato. La loro costruzione e lo speciale meccanismo di bloccaggio a vite (screw-lock) in acciaio inossidabile offrono una elevata protezione agli shock (fino a 50g) e alle vibrazioni (20g/2000Hz). Il range di temperatura all'interno del quale possono essere utilizzati è compreso tra -65°C e +150°C. Ogni contatto in rame al berillio placcato è in grado di portare una corrente di 2A.

M300 Series – Questi componenti di potenza a passo 3mm a basso profilo e alta affidabilità hanno contatti con 4 superfici di contatto in grado di conservare una connessione integra nonostante alti livelli di vibrazioni e shock. Con una corrente di 10A per contatto, sono disponibili nei formati con 3 contatti in singola fila e a 6 e 10 contatti in doppia fila. La durata è di 1000 cicli di accoppiamento.

Mix-Tek – L'offerta di prodotti Mix-Tek di Harwin combina connessioni di potenza e di segnale al fine di risparmiare spazio in applicazioni ad alta densità di impacchettamento, come spesso accade in robotica. I contatti di potenza sono specificati a 40A, mentre quelli di segnale sopportano 3A. I connettori possono combinare a contatti di potenza fino a 12 contatti di segnale, con una vasta scelta di opzioni differenti. 

Il backpotting incrementa la robustezza 
La forza di ritenuta che mantiene i contatti nell'involucro di un connettore è limitata. I movimenti complessi e ripetitivi che caratterizzano le azioni dei robot industriali espongono connettori e cablaggi a continui stress meccanici durante la loro vita operativa.

Di conseguenza è necessario fornire una adeguata forza di ritenuta per mitigare gli effetti di torsioni e altri movimenti critici: a tale scopo, nelle applicazioni particolarmente gravose, e quindi anche in robotica, spesso si ricorre al backpotting. In questo caso viene utilizzato un composto impregnante (solitamente una resina epossidica) per riempire lo spazio posteriore del complesso connettore-cavi incrementando così la robustezza dell'assemblaggio. 

Situazioni in cui è raccomandato il backpotting 
Il backpotting può essere utilizzato in diverse tipologie di connettori cablati, sempre successivamente alle operazioni di assemblaggio dei cavi. La procedura di impregnazione risulta comunque più facile in presenza di una specifico spazio con una parete per il contenimento del liquido durante l'indurimento. E' necessario tenere presente i seguenti punti: 

  1. Innanzitutto, è bene accertarsi della presenza di una parete di contenimento nel retro del connettore. In caso affermativo, non è richiesta alcuna attrezzatura aggiuntiva per contenere il composto mentre è ancora in forma liquida. In caso contrario, occorre creare una sorta di cappuccio o retroguscio da riempire. Per sceglierne la tipologia, valutare la presenza di fori per il suo riempimento, il livello di aderenza al connettore e la possibilità di interferenza con viti o altri elementi meccanici.
  2. In assenza di pareti, o nell'impossibilità di collocare contenitori ausiliari, sarà necessario costruire uno spazio di contenimento temporaneo nella parte posteriore del connettore. A questo scopo, può essere utilizzato del semplice nastro adesivo standard. Una volta solidificato il composto, la parete può essere rimossa e il backpotting risulterà sufficientemente resistente da non richiedere più alcun supporto.
  3. Nel caso in cui non siano utilizzate tutte le posizioni, è comunque necessaria la presenza di tutti i contatti. Diversamente si deve disporre una sorta di contatti fittizi al posto di quelli non presenti, affinchè il composto liquido non fluisca nell'involucro attraverso i fori vuoti.
  4. E' necessario anche prendere in considerazione la reale conformazione dei contatti a crimpare, dato che alcuni si presentano molto aperti, quindi senza alcuna possibilità di confinare il composto liquido dietro al contatto. Design di questo tipo sono più comuni con contatti a crimpare aperti su connettori per PCB che pertanto non sono adatti al backpotting.
  5. Una volta applicato il backpotting, durante il processo di solidificazione è di fondamentale importanza tenere il connettore accoppiato ad un altro connettore, in modo che i contatti siano propriamente allineati entro l'involucro durante l'indurimento e non possano più muoversi. I contatti cablati, durante le operazioni di assemblaggio, hanno una certa libertà di movimento e c'è il rischio che vengano fissati in modo scorretto. In questo caso viene incrementata la forza richiesta per l'inserzione, e ciò potrebbe dare origine a guasti precoci.

Come eseguire il backpotting
Quando si usano resine epossidiche è importante che l'area di lavoro sia pulita e sgombra per non far andare la resina dove non si vuole che vada. La maggior parte di queste resine sono composte da due elementi o da una resina e un indurente liquidi prima della miscelazione. Nonostante per ogni composto vi siano precise e dettagliate istruzioni per miscelazione, applicazione e tempi di indurimento, quello che segue è passo per passo un procedimento di base generalmente applicabile. 

  1. Se necessario, creare una parete di contenimento.
  2. Utilizzare un sistema di supporto per tenere fermo il connettore. Il metodo più semplice è incollare un altro connettore ad un pannello rigido e accoppiarvi il connettore da impregnare. In alternativa, il connettore di supporto può essere trattenuto in una piccola morsa, ma è comunque raccomandato che in entrambe le soluzioni i due connettori siano accoppiati.
  3. Mescolare i componenti epossidici (resina e indurente) secondo le istruzioni fornite e mescolare delicatamente per evitare la formazione di bolle d'aria.
  4. Travasare il composto in una siringa o in un sistema di erogazione, con ugello di dimensioni appropriate. In situazioni che richiedono un ugello di piccole dimensioni, può essere necessario un erogatore motorizzato.
  5. Erogare il quantitativo di resina sufficiente a riempire lo spazio.
  6. Se necessario, utilizzare un ambiente sotto vuoto per degassare il liquido rimuovendo le bolle d'aria prodotte.
  7. Collocare i connettori assemblati in un luogo protetto durante l'indurimento del composto epossidico. Per alcune resine è necessario utilizzare uno specifico sistema di riscaldamento.
  8. Terminato il processo, rimuovere ogni materiale usato per creare la parete temporanea e ispezionare con cura il prodotto completo.

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