無縫連接和扭矩傳感給工業機器人帶來的轉變

電子發燒友網報道（文/李寧遠）由于協作機器人的出現，加上控制技術、傳感器技術和高速計算能力的創新，工業機器人市場正在經歷一波技術進步的浪潮。重型的工業機器人已經進化到承擔更重的負荷和更大的承載任務，但在更多應用場景里，小型工業機器人的數量增加得更為迅速，而且可完成的任務也更加多樣。

工業機器人升級背后的無縫連接

工業機器人在技術進步中除了硬件的升級，網絡架構的改變也不小。隨著軟硬件配置變得更加模塊化，計算能力也在大幅提升使產經能夠獲得更好的智能特性。這種改變意味著所有的組件，從邊緣傳感器到云端都需要無縫連接，而不是信息孤島。無縫連接是工業4.0的核心原則，它需要可靠、高速的數據和電力傳輸。這也和我們看到的越來越多OEM將連接解決方案設計為平臺而不是離散的組件這一趨勢相匹配。

傳統的電力或者信號連接器即便可以提供極快的傳輸，也很難在復雜的工業場景下保證可靠和性能。因此在工業機器人領域，傳統接線端子的一些功能已經被重載連接器整合代替掉了，這樣有效提高了連接的可靠性，還能減少裝配復雜度，有助于確保動態插入和電源連接、信號和數據連接。

能夠在極端惡劣的工況下穩定傳輸電力、數據和信號的重載連接器混合傳輸，極契合現在混合型傳輸升級的趨勢。借助模塊化的配置，重載連接器可將各種不同接口的電力、信號和數據傳輸技術組合在一起，一替多的同時保證可靠的高速傳輸，大大節省了原本復雜的連接配置空間。

工業機器人很難有一個標準的工作環境，高溫可能損壞連接組件、機電火花可能破壞連接組件，在嚴苛環境下保證機器人無縫連接是相當有挑戰的。尤其是機器人上最多的電機和電機控制相關組件，很容易發生電磁干擾，這些強大的功率信號可能會影響到數據流的傳輸。為了使機器人在指定的參數內運行并在工廠生產，控制器需要關于機器人位置的準確、實時信息，位置數據流中斷，計算機無法準確測量機器人的位置。

高可靠、高密度觸點結構的重載連接，在模塊化和小型化的演進中既能提供工業機器人需要的可靠，又能在有限的空間里給予無縫連接設計足夠的靈活度。

工業機器人升級背后的扭矩傳感

在工業機器人向協作機器人轉變的途中，有一個趨勢是人機協同。在很多應用里，人機協同的方案，比完全自動化解決方案或純人工解決方案效率更高。人機協同那就需要對機械臂的控制非常精準。

機械臂關節一般包含一個扭矩傳感器、一個齒輪單元/齒輪驅動器、一個電機驅動器、一個位移傳感器、一個用于電機的功率轉換器和幾個電源。元件數量不宜太多，太多會導致復雜性提高。對于人機協同來說，需要扭矩傳感足夠耐用且可靠。

整個機械臂設計的應力性能和每一個元件設計都相關，因此必須針對每個協作機器人應用定制關節扭矩和安全扭矩傳感器的輸入和輸出，同時還需要專門針對各自特定的扭矩范圍、厚度和質量優化應力條件。耐用的扭矩傳感器是實現人機協同的基本要求。

協作機器人中的扭矩傳感器需要提供優秀的過載能力，可以反復承受兩倍額定負載的能力是必須的，否則機械臂需要承載很高的橫向載荷很容易產生結構失效。

溫度穩定性同樣是重點，因為機器人關節位于電機附近，容易受到電機高負載下溫度波動的影響。扭矩傳感需要降低關節對熱量的敏感度，維持高水平的精確度。

小結

過去很多沒有辦法應用工業機器人的現場，很多沒有辦法負擔起高昂機器人價格的場景，現在都可以使用工業機器人來實現更高水平的自動化。工業機器人在更靈活更安全特性上的進步正是由這些持續迭代的基礎硬件技術推動著。