Befolyásolja -e az M8 csatlakozók érintkezési ellenállása a robotok teljesítményét?

一, Az érintkezési ellenállás képződési mechanizmusa: a mikroszkopikus hibák makroszkopikus amplifikációja
Az érintkezési ellenállás lényege a felszíni mikro -egyenetlenség és a filmimpedancia által generált kiegészítő ellenállás, amikor az áram áthalad a vezető érintkező felületén. A Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC) szabványai szerint az M8 -csatlakozók érintkezési ellenállása három részből áll:
Zsugorodási ellenállás: A - keresztezés által generált ellenállás szekcionált zsugorodás, amikor az áram egy érintkezési ponton halad át, az érintkezési ellenállás 60–80% -át teszi ki.
Filmrezisztencia: A szigetelő rétegek, például az oxidrétegek és az érintkezési felületen lévő szennyeződéses filmek által okozott ellenállás, amely a gyenge jelenlegi forgatókönyvekben jelentős arányt jelent.
Bőrhatás -ellenállás: A kiegészítő ellenállás, amelyet az áram koncentrációja a vezető felületén nagy - frekvenciajelek mellett generál, amely befolyásolja a robot szervo rendszerek magas - sebességi kommunikációját.
A Lelutong M8 csatlakozót példaként véve az arany - bevont érintkezőket (a bevonat vastagsága nagyobb vagy azzal egyenlő, vagy azzal egyenlő 0,8 μm-re) és a ferde önmegkompenzáló csatszerkezetet, amely az érintkezési ellenállást kevesebb, mint 3 m Ω-nál vagy egyenlően tudja stabilizálni (az ipar átlagos szintje 5-10 m Ω). Ez a kialakítás jelentősen csökkenti a zsugorodási ellenállás és a film -ellenállás hozzájárulását azáltal, hogy növeli a tényleges érintkezési területet és károsítja az oxidfilmréteget.
2. ábra, a robot teljesítményének négy fő befolyásolási útja
1.
A robot szervómotorok kódoló jelátvitele rendkívül érzékeny az érintkezési ellenállásra. A Kuka KR CyberTech sorozat robotjának példájaként a kódoló jel amplitúdója csak 1,2 V. Amikor az M8 csatlakozó érintkezési ellenállása 3m -ről 10 m -re növekszik:
Feszültségcsepp -növekedés: Δ U=i × δ r =0.1 a × 7m Ω =0.7 MV (100MA áram alapján számolva)
Csökkent jel - - zajarány: Egy 16 bites kódolóban a 0,7 mV-es zaj 1-2 számlálási hibát okozhat, ami a robot vége effektor pozicionálási eltérését legfeljebb 0,1 mm-ig terjedhet.
Sokkal komolyabb, hogy az érintkezési ellenállás nemlineáris tulajdonságai, például az érintkezési nyomás változásai, amelyeket a termikus tágulás és az összehúzódás okoz, szakaszos megszakítókhoz vezethet. A Boston Dynamics Atlas Robot tesztadatai azt mutatják, hogy amikor az érintkezési ellenállás ingadozása meghaladja az 5M Ω -t, az ízületi nyomaték -szabályozási hibaarány 37%-kal növekszik, közvetlenül fenyegetve a dinamikus egyensúly stabilitását.
2.
Az érintkezési ellenállás Joule fűtési hatása (q=I ² RT) a robot elektromos rendszerek rejtett gyilkossága. A Fanuc M-20IA robotot példaként véve M8 csatlakozója 20A árammal működik:
Ha az érintkezési ellenállás 3m Ω: A hőmérséklet -emelkedés δ t=i ² r/k =20 ² × 0,003/0,4 ≈ 3 fok (k a hő -disszipációs együttható)
Ha az érintkezési ellenállás 10 m Ω, akkor a δ T =10 hőmérsékleti hőmérséklet emelkedése a környezeti hőmérsékleten kombinálva kiválthatja a védelmi eszköz leállítását.
Az együttműködő robotok rugalmas ízületeiben a hőmérséklet -emelkedés az érintkezési alkatrészek plasztikus deformációját is okozhatja. A Weifeng Electronics által végzett teszt szerint az M8 csatlakozó 10 m Ω érintkezési ellenállással 42% -kal csökkent az érintkezési nyomáson 1000 órás folyamatos működés után 85 fokos, ami a jel megszakításának meghibásodási sebességének jelentős növekedéséhez vezetett.
3. Az elektromágneses kompatibilitás romlása: az árnyékolás kudarcától az adatok elvesztéséig
A modern robotok valódi - időbeli ipari Ethernet protokollokat használnak, mint például az Ethercat és a Profinet, amelyek rendkívül magas követelményekkel bírnak az elektromágneses interferencia (EMI) elnyomására. Az M8 csatlakozó érintkezési ellenállása két útvonalon befolyásolja az EMI teljesítményét:
Az árnyékoló réteg földelő impedanciája növekszik: Az érintkezési ellenállás minden 1M Ω növekedése esetén az árnyékoló réteg és a berendezés földelő impedanciája ugyanazon értékkel növekszik, ami az interferencia -csillapítás 0,6dB csökkenését eredményezi a 100 mHz -es frekvenciasávban.
Megnövekedett közös üzemmód -áram: Az érintkezés ellenállás ingadozásai megváltoznak a közös üzemmód feszültségében, ami antenna hatást eredményez a hosszú - robotok távoli kábeleiben. A Lelutong M8 csatlakozó harmadik - rendelési pont-csillapító szerkezete javítja a közös üzemmód-interferencia csökkentését a 100MHz-es frekvenciasávban 72dB-re, az érintkezési ellenállás ingadozásának ellenőrzésével 3 m-nél, vagy azzal egyenlő, hogy megfelelnek az IEC 61000-4-6 standardnak.
4. Életcsökkenés: A mechanikus kopástól az elektromos kudarcig
A robotízületek gyakori mozgása miatt az M8 csatlakozó mikro rezgéseket (10-2000Hz) és ütéseket (50 g) tapasztal. Az érintkezési ellenállás és az élettartam közötti kapcsolat az Arrhenius modellt követi:
Az érintkezési ellenállás minden 2M Ω növekedése esetén az elektrokémiai migrációs sebesség 1,8 -szorossá válik, ami a bevonat póruskorróziójának valószínűségét 5% -ról 23% -ra növeli egy éven belül.
A Ruida -ból származó tesztadatok szerint az M8 csatlakozó, amelynek érintkezési ellenállása kevesebb vagy egyenlő, 3m Ω, a kezdeti érték 92% -os érintkezési nyomását tartja fenn 100000 beillesztési és extrahálási ciklus után, míg a 8M Ω érintkezési ellenállású minta 50000 ciklus után érintkezési hibát tapasztal.
3, Ipari megoldások: Az anyaginnovációtól a rendszertervezésig
1. forradalom az érintkezési anyagban
Arany bevonat+palládium nikkel kompozit bevonat: A Weifeng Electronics által elindított 0,5 mm -es távolságú M8 csatlakozó elfogadja a "Palladium nikkel -bázis+arany borítás" eljárást, amely a porozitást 0,8% -ról 0,1% -ra csökkenti, és az érintkezési ellenállás ingadozása kevesebb vagy egyenlő, mint 1 m Ω 85 /85% RH környezetben.
Folyékony fém fröccsöntés: A humanoid robot ízületek magas rezgési forgatókönyveihez egyes gyártók gallium alapú folyékony fémet használnak az érintkezési rés kitöltéséhez, és állandó érintkezési ellenállást elérhetnek, vagy annál kevesebb vagy egyenlő 0,5 m Ω, és egy millió ciklus több mint 1 millió ciklus élettartama.
2. Strukturális innováció: A passzív kapcsolattartástól az aktív kompenzációig
A lejtőn történő kompenzáló csat: A Lelutong szabadalmaztatott technológiája 45 fokos lejtő kialakítását használja az érintkezési nyomás automatikus beállításához a rezgéssel, és fenntarthatja az érintkezési ellenállást, vagy annál kisebb, vagy egyenlő, akár 20 g folyamatos rezgés esetén.
Mágneses érintkezési struktúra: A Mu'er Electronics M8 csatlakozó neodímium vasbórmágneseket használ a kezdeti érintkezési nyomás biztosítására, kiküszöbölve a mechanikus szorítások által okozott stressz -relaxációs problémákat, és 300%-kal javítja az érintkezési ellenállás stabilitását.
3. Rendszerszintű védelmi tervezés
Hőmérséklet -emelkedés megfigyelő chip: A kötőanyag intelligens M8 csatlakozója integrálja az NTC termisztort. Amikor az érintkezési ellenállás növekszik, és a hőmérséklet emelkedése meghaladja a küszöböt, a jelet automatikusan levágják, és riasztást indítanak.
Redundáns kapcsolattartó kialakítás: A Nokom M8 csatlakozója 8 magból 2 -et használ tartalék kapcsolattartóként. Ha a fő érintkezési ellenállás meghaladja az 5M Ω -ot, automatikusan bekapcsol a folyamatos rendszer működésének biztosítása érdekében.