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工业生产智能化背景下,工业机器人用线缆如何选型?

2022-03-06(52)次浏览

随着工业生产智能化的要求,工业机器人正逐步从单元化向复杂的多功能发展。作为传递动力和信号的载体,工业机器人用线缆同时也需满足更高的性能要求,需具有更高的耐弯曲性、耐扭转性、耐移动性及耐磨性。本文在综合...

随着工业生产智能化的要求,工业机器人正逐步从单元化向复杂的多功能发展。作为传递动力和信号的载体,工业机器人用线缆同时也需满足更高的性能要求,需具有更高的耐弯曲性、耐扭转性、耐移动性及耐磨性。

 

本文在综合分析大量文献资料的基础上,对机器人线缆的定义、行业标准、基本结构和性能要求等进行了深入的探讨,以供线缆企业参考。

精读

机器人线缆是指机器人本体、供电、信号、控制以及机器人周边用线。

 

机器人线缆的分类

1.机器人动力线缆:为机器人提供动力,一般为固定敷设;

 

2.控制器到示教器线缆:为柔性线缆,对抗拉强度有要求;

 

3.控制主机到本体连接线缆:包括动力线、I/O线、信号线等,固定或移动敷设;

 

4. 机器人本体线缆:包括动力线、I/O线、信号线等,对弯曲性能有很高的要求。


       5. 机器人信号线缆:为机器人提供信号指令,具有信号传输能力强、时间短并且非常准确等特点,保证机器人稳定工作。

 

国内外现行的机器人线缆试验标准

1.中国机器人产业联盟,2016年发布,正在上报成为国家标准:

CRIA 0003.1-2016

《工业机器人专用电缆》初稿

 

2.德国TUV莱茵公司,2016年8月发布,规定了机器人线缆8个机械耐疲劳试验项目,这也是目前众多机器人线缆企业引用的标准:

TUV 2 PfG 2577

“Requirements for Cable Used in Robot System”

 

3.德国VDE公司,2018年7月发布,标准分为机械试验、耐化学试验、耐温试验、EMC电磁兼容试验、燃烧试验等五大部分:

VDE-PB-0022

“Test Specification Classification of Flexible Industrial Cables”

 

4.美国UL公司,2018年8月发布,在引用UL 758标准的基础上,规定了4项机械性能测试方法:

UL RP 5770

“Recommended Practice for Evaluating Cables for Use in Repeated Flexing Applications"

 

5.国家电线电缆质量监督检验中心,2019年发布,对机器人线缆提出了更明确的技术要求:

TICW 21-2019

《工业机器人用柔性电缆》

机器人线缆设计的基本结构

1.导体结构

推荐采用具有柔韧性的6类特软级导体。一般来说导体越细,电缆的柔韧性越好,但导体过细,会产生电缆缠绕现象。一系列长期的实验提供了单根导线的最佳直径,长度和节向的屏蔽组合,它有最佳的抗拉能力。

 

2.芯线绝缘

机器人线缆绝缘材料不能彼此粘连,而且绝缘层还需要支撑每股单股的导线,绝缘材料通常有聚氯乙烯(PVC)、热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚酯弹性体(TPE-E)、聚氟乙烯(ETFE)、聚氨酯(PUR)等。

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图1 机器人线缆不同材料组合的运动性能比较

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表1 机器人线缆常用材料的力学性能

 

3.抗拉元件

根据线芯数量,线缆的中心以及每根芯线交叉区域的空间里应填充抗拉元件,如锦纶纤维、芳纶绳、钢丝加强芯等。

 

4.绞线结构

成缆的节径比要比较小,节径比小的导线,绞合较紧,结构较稳定,导线柔软、弯曲性更好,一般设计为10~12倍。

 

5.内护套

有屏蔽的电缆可选择在屏蔽前加一层内护套,可减少绝缘和屏蔽之间的摩擦,保护绝缘芯线不被损坏。应采用挤压成型的内护套,以保证绞线结构不会散乱。

 

6.屏蔽编织层

用优化的屏蔽结构将屏蔽层紧紧地编织在内护套外,屏蔽层需具备优异的抗扭能力,避免因断裂造成电磁兼容性(EMC)失效,编织网屏蔽并不能提供100%的覆盖率,因为他们在导线表面的覆盖总会有些细小的缝隙,根据编织的紧密程度,编织网通常能够提供75%--95%的覆盖率。

 

7.外护套

外护套材料通常有PVC,TPE,PUR等几种,其中PUR具有较高的耐弯曲、耐磨损和耐低温,特珠结构使电缆在应用中能够保持很好的稳定性。

机器人线缆的性能要求

1.明确使用状态。线缆是否长期经受单向或双向扭转,是否经受弯曲扭转和拉伸的联合动作。

 

2.明确使用功能。线缆是动力电缆、控制信号电缆,还是监测反馈信号电缆、传输数据电缆、复合电缆等。机器人用柔性线缆包括0.6/1 kV及以下动力线缆、450/750 V及以下控制线缆、伺服线缆以及30 V信号线缆。

 

3.明确在什么设备上用。工业机器人分弧焊机机器人、点焊机机器人、装配机机器人、喷漆机机器人、搬运机机器人等类型。

 

4.明确运行速率、运行长度、允许的电压降、数据传输性能等要求。

 

5.明确使用环境(例如温度和湿度),明确电缆应具备的其他特殊性能(例如阻燃性、抗酸碱性、耐候性、耐高低温、环保要求、抗电磁干扰要求等)。

 


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