تطبيقات الرغوة الموصلة في الروبوتات الصناعية والمركبات الموجهة آلياً

يشهد قطاع الروبوتات تقدماً سريعاً. فمن الروبوتات الصناعية على خطوط الإنتاج الآلية إلى الروبوتات التعاونية (الروبوتات التعاونية) التي تعمل جنباً إلى جنب مع البشر والمركبات الموجهة آلياً (AGVs) المستخدمة في المستودعات الذكية، أصبحت الروبوتات الحديثة أكثر دقة وصغراً وتكاملاً.

لكن التكامل الأعلى يجلب معه تحدياً أكبر: التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) .

مع دمج الروبوتات لمزيد من المحركات المؤازرة وأجهزة الاستشعار ووحدات الاتصال وأنظمة التحكم، أصبح الحفاظ على التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) جزءًا أساسيًا من تصميم الروبوت.

أحد المكونات التي غالباً ما يتم تجاهلها في هذه العملية هو رغوة موصلة ، وهي مادة مرنة للحماية من التداخل الكهرومغناطيسي تساعد في الحفاظ على اتصال كهربائي موثوق، ومنع التسرب الكهرومغناطيسي، وتحسين استقرار النظام.

إذا كنت ترغب في فهم أساسيات الرغوة الموصلة أولاً، يمكنك قراءة دليلنا: ما هي الرغوة الموصلة؟ استخداماتها وتطبيقاتها وفوائدها في الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي .

تستكشف هذه المقالة كيفية تطبيق الرغوة الموصلة في أربعة مجالات حيوية في الروبوتات، وتشرح السبب. رغوة واقية من التداخل الكهرومغناطيسي أصبحت الحلول ضرورية للروبوتات الصناعية، والروبوتات التعاونية، وأنظمة المركبات الموجهة آلياً (AGV).

1. لماذا تحتاج الروبوتات إلى الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي؟

تعمل الروبوتات في بيئات كهرومغناطيسية معقدة. داخل وحول نظام الروبوت، يمكن أن تؤثر مصادر التداخل المتعددة على سلامة الإشارة ودقة التحكم.

1.1 مصادر الضوضاء الداخلية الكثيفة

تحتوي خزانة التحكم النموذجية للروبوتات الصناعية على ما يلي:

• محركات سيرفو
• مصادر الطاقة التبديلية
• محولات التردد
• وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)
• وحدات الاتصال

تُعد محركات المؤازرة من أقوى مصادر التداخل الكهرومغناطيسي. ويمكن لإشارات القيادة بتقنية تعديل عرض النبضة (PWM) أن تولد ضوضاء كهرومغناطيسية عالية التردد تتراوح من عشرات إلى مئات الميغاهرتز.

بدون حماية مناسبة، يمكن أن يتداخل هذا الضجيج مع:

• مستشعرات تحديد المواقع
• إشارات المشفر
• واجهات الاتصال
• دوائر التحكم

1.2 التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي

غالباً ما تحتوي البيئات الصناعية على العديد من الأجهزة عالية الطاقة، بما في ذلك:

• ماكينات اللحام
• معدات التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC)
• محركات كبيرة
• محولات الطاقة

تُولد هذه الأجهزة إشعاعًا كهرومغناطيسيًا يمكن أن يتصل بأنظمة التحكم في الروبوتات من خلال الكابلات أو الحاويات أو الفجوات الهيكلية.

1.3 متطلبات عالية لسلامة الإشارة

تعتمد الروبوتات الحديثة بشكل كبير على أجهزة الاستشعار الدقيقة:

• مستشعرات عزم الدوران
• أنظمة الرؤية
• وحدات LiDAR
• مستشعرات التغذية الراجعة للقوة
• مستشعرات اللمس

تعمل العديد من إشارات المستشعرات عند مستويات جهد منخفضة للغاية، تصل أحيانًا إلى نطاقات الميلي فولت أو الميكرو فولت.

حتى الاضطرابات الكهرومغناطيسية الصغيرة قد تسبب ما يلي:

• أخطاء تحديد الموقع
• عدم استقرار الاتصالات
• إشارات التغذية الراجعة غير الصحيحة
• حركة غير متوقعة

بالنسبة للروبوتات التعاونية والروبوتات الطبية، فإن هذه الموثوقية مهمة بشكل خاص.

1.4 موثوقية الاتصال

تستخدم الروبوتات الصناعية بشكل متزايد بروتوكولات اتصال عالية السرعة مثل:

• إيثر كات
• ناقل CAN
• شبكة إيثرنت الصناعية

تتأثر أنظمة الاتصالات هذه بشدة بالتداخل الكهرومغناطيسي. لذا، يلزم تصميم دروع واقية مناسبة للحفاظ على استقرار نقل البيانات.

2. أربعة مجالات رئيسية في الروبوت حيث يتم تطبيق الرغوة الموصلة

مجال التطبيق 1: خزائن التحكم بالروبوتات - منطقة الحماية الرئيسية من التداخل الكهرومغناطيسي

تُعد خزانة التحكم في الروبوت واحدة من أهم مناطق الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي.

عادةً ما تتضمن الأقسام الوظيفية المختلفة داخل الخزانة ما يلي:

• منطقة السلطة
• منطقة القيادة
• منطقة التحكم
• منطقة الاتصالات

بدون عزل كهرومغناطيسي مناسب، يمكن أن ينتشر التداخل بين هذه الأجزاء من خلال الإشعاع أو التوصيل.

كيفية استخدام الرغوة الموصلة في لوحات التحكم

لماذا تستخدم رغوة موصلة بدلاً من رقائق النحاس ؟

أثناء تجميع الخزائن، غالباً ما تؤدي التفاوتات الميكانيكية إلى فجوات غير متساوية تتراوح بين 0.5 مم و 2 مم.

توفر مواد مثل رقائق النحاس ورقائق الألومنيوم موصلية ممتازة، لكنها لا تستطيع التعويض عن هذه الاختلافات الهيكلية.

تُحل رغوة FOF الموصلة هذه المشكلة لأنها تجمع بين:

• الموصلية الكهربائية
• استعادة مرنة
• القدرة على سد الثغرات
• ضغط التلامس طويل الأمد

وهذا يضمن تأريضًا مستمرًا على طول مسار الإحكام بأكمله.

للاطلاع على مقارنة مفصلة بين الرغوة الموصلة، ورقائق النحاس، ورقائق الألومنيوم، والنسيج الموصل، انظر:

مقارنة الأداء الرئيسية بين الرغوة الموصلة ورقائق النحاس ورقائق الألومنيوم والأقمشة الموصلة

مثال تطبيقي حقيقي

تعرض أحد مصنعي الروبوتات لانبعاثات إشعاعية مفرطة أثناء اختبار التوافق الكهرومغناطيسي في نطاق التردد من 30 ميجاهرتز إلى 100 ميجاهرتز.

تم تحديد السبب الجذري على أنه تسرب من خلال فجوة باب خزانة التحكم.

استخدم التصميم الأصلي شرائط مطاطية موصلة، لكن الضغط طويل الأمد تسبب في تشوهها وانخفاض موثوقية الاتصال.

بعد استبدالها برغوة موصلة من نوع Konlida D-shape FOF:

• انخفض الإشعاع المنبعث بمقدار 8-12 ديسيبل
• تم الحصول بنجاح على شهادة التوافق الكهرومغناطيسي
• تحسنت موثوقية الإحكام على المدى الطويل

مجال التطبيق 2: وحدات مفاصل الروبوت - حل قيود المساحة

تُعد مفاصل الروبوت المكونات المتحركة الأساسية للأنظمة الروبوتية.

إنهم يدمجون:

• محركات سيرفو
• أجهزة التشفير
• مخفضات
• مجالس التحكم المشتركة

ومع ذلك، فإن مساحة التركيب الداخلية محدودة للغاية. وغالبًا ما تكون المساحة المتاحة لمواد الحماية 1-3 مم فقط.

تطبيقات الرغوة الموصلة في الوحدات المشتركة

لماذا تختار حشيات SMT EMI للحماية من التداخل الكهرومغناطيسي ؟

تتضمن نقاط التلامس الزنبركية التقليدية للتأريض العديد من القيود:

• مساحة تركيب كبيرة
• حركة الإجهاد الميكانيكي
• خطر الإصابة بالكسر بعد التعرض للاهتزاز لفترة طويلة

توفر حشيات SMT EMI حلاً أفضل.

تشمل المزايا ما يلي:

• حجم صغير (يصل إلى 1.2 مم × 1.2 مم)
• لحام مباشر للوحات الدوائر المطبوعة من خلال عملية إعادة التدفق
• اتصال مرن مستقر
• مقاومة الإجهاد الناتج عن الاهتزاز

بالمقارنة مع النوابض المعدنية التقليدية، فإن الهيكل المصنوع من السيليكون يمتص الاهتزازات الدقيقة ويحافظ على أداء تأريض موثوق به.

للاطلاع على اختيار هيكل الرغوة الموصلة لتقنية التجميع السطحي (SMT)، انظر:

نقاط التلامس المرنة بتقنية SMD: مقارنة بين 5 هياكل داخلية للتأريض ضد التداخل الكهرومغناطيسي

مجال التطبيق 3: وحدات الاستشعار - حماية الإشارات الضعيفة

تعتمد الروبوتات الحديثة على مجموعة واسعة من أجهزة الاستشعار الدقيقة، بما في ذلك:

• مستشعرات عزم الدوران
• كاميرات الرؤية
• تقنية الليدار
• أجهزة استشعار فوق صوتية
• أجهزة استشعار اللمس

غالباً ما تُصدر هذه الأجهزة إشارات منخفضة المستوى للغاية، مما يجعلها عرضةً للتداخل الكهرومغناطيسي. وتساعد رغوة الحماية الفعالة من التداخل الكهرومغناطيسي في الحفاظ على سلامة الإشارة ودقة النظام.

تطبيقات نموذجية للإسفنجات المقاومة للتداخل الكهرومغناطيسي في وحدات الاستشعار

لماذا تستخدم رغوة موصلة متعددة الاتجاهات ؟

تتطلب أنظمة الرؤية الآلية استقرارًا استثنائيًا للإشارة. حتى التداخل الكهرومغناطيسي الطفيف يمكن أن يؤثر على جودة الصورة أو دقة تحديد الموقع.

توفر الرغوة الموصلة متعددة الاتجاهات توصيلًا كهربائيًا في الاتجاهات س، ص، ع، مما يسمح بتأريض موثوق به بضغط لا يتجاوز 0.1-0.3 مم . هذا يقلل من الإجهاد الميكانيكي مع الحفاظ على حماية مستقرة من التداخل الكهرومغناطيسي حول التجميعات البصرية الدقيقة.

لفهم أفضل لهياكل الرغوة الموصلة المختلفة، اقرأ دليلنا:

أنواع حشيات الرغوة الموصلة: دليل واضح لأنواع FOF وSMT وAIR LOOP وغيرها
https://www.konlidainc.com/article/foam-guide.html

مجال التطبيق 4: وحدات تزويد الطاقة والاتصالات

تعتبر مصادر الطاقة وواجهات الاتصال من نقاط الضعف الشائعة في التوافق الكهرومغناطيسي داخل أنظمة التحكم الروبوتية.

وحدات الطاقة

تعمل مصادر الطاقة ذات التبديل عادةً بين 100 كيلو هرتز و 1 ميجا هرتز ، بينما قد تمتد توافقياتها إلى نطاق عشرات الميجاهرتز.

تشمل المتطلبات الرئيسية ما يلي:

• مقاومة أرضية منخفضة
• استقرار الاتصال على المدى الطويل
• مقاومة درجات الحرارة العالية

الحل الموصى به: رغوة موصلة مطلية بالذهب، والتي توفر مقاومة ممتازة للأكسدة وتحافظ على مقاومة اتصال مستقرة على مدى فترات خدمة طويلة.

وحدات الاتصال

بروتوكولات الاتصال الصناعية مثل:

• إيثر كات
• ناقل CAN
• شبكة إيثرنت الصناعية

إنها حساسة للغاية للتداخل الكهرومغناطيسي.

تتطلب موصلات الاتصالات اتصالاً مستمراً بزاوية 360 درجة للحماية من التسرب الكهرومغناطيسي.

تشمل الحلول الموصى بها ما يلي:

• رغوة موصلة على شكل حلقة
• إسفنجة EMI ذات شكل مخصص
• نسيج موصل لحماية الكابلات

تُشكل هذه المواد مسارًا موصلًا كاملًا حول واجهات الاتصال مع مراعاة التفاوتات التصنيعية.

3. دليل اختيار مواد الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي للروبوت

4. متطلبات خاصة للرغوة الموصلة في مجال الروبوتات

مقاومة الاهتزاز على المدى الطويل

تعمل الروبوتات الصناعية باستمرار في ظل اهتزازات وحركات متكررة. يجب أن تحافظ مواد الحماية على اتصال كهربائي مستقر طوال فترة خدمتها.

الحل الموصى به:

• رغوة موصلة ذات لب سيليكوني
• رغوة موصلة ذات لب PORON®
• نسبة الشفاء تتجاوز 90%
• إصدارات مثبتة بتقنية SMT للتطبيقات التي تتطلب أقصى قدر من الموثوقية

نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع

قد تعمل الروبوتات في بيئات تتراوح من مرافق التخزين البارد إلى مصانع الصب.

تتراوح درجات الحرارة المحيطة النموذجية من -40 درجة مئوية إلى +120 درجة مئوية .

الحل الموصى به:

• رغوة موصلة ذات لب سيليكوني
• فيلم موصل مطلي بالذهب من مادة البولي إيميد

يمكن لهذه المواد أن تتحمل درجات حرارة التشغيل حتى 280 درجة مئوية ، مما يجعلها تتفوق بشكل كبير على إسفنجة EMI التقليدية ذات النواة المصنوعة من البولي يوريثان.

متطلبات النظافة

تتطلب الروبوتات المستخدمة في الأجهزة الطبية وإنتاج الأدوية وتصنيع الأغذية مواد ذات تلوث منخفض واستقرار كيميائي ممتاز.

رغوة موصلة طبية مصنعة بموجبISO 13485 تساعد أنظمة الجودة في تلبية متطلبات التطبيقات الصعبة هذه.

تصميم خفيف الوزن للروبوتات التعاونية

يؤدي تقليل الوزن بشكل مباشر إلى تحسين قدرة الحمولة وكفاءة الطاقة للروبوتات التعاونية.

بالمقارنة مع حلول الحماية التقليدية، فإن المواد خفيفة الوزن مثل:

• رغوة موصلة من نوع AIR LOOP
• رغوة موصلة متعددة الاتجاهات

يمكن أن يقلل وزن مكونات الحماية بأكثر من50% مع الحفاظ على أداء ممتاز في مجال التوافق الكهرومغناطيسي.

الأسئلة الشائعة

هل يمكن استبدال الرغوة الموصلة داخل الروبوتات برقائق النحاس؟

ليس تماماً.

يُعدّ استخدام رقائق النحاس فعالاً على الأسطح المعدنية المستوية، لكنها لا تُغني عن مراعاة تفاوتات التجميع أو الفجوات غير المنتظمة. ويظلّ استخدام رغوة الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي هو الحل الأمثل في الحالات التي تتطلب ضغطًا أو مرونة أو اتصالًا كهربائيًا مستمرًا.

كيف يتم التحكم في تداخل محرك المؤازرة؟

تُنتج محركات السيرفو كلاً مما يلي:

• التداخل الكهرومغناطيسي المشع
• التداخل الكهرومغناطيسي الموصّل

يتم عادةً تقليل التداخل الإشعاعي باستخدام أغلفة معدنية مقترنة بمواد مانعة للتداخل الكهرومغناطيسي .

يتم التحكم في التداخل الموصل من خلال:

• مرشحات التداخل الكهرومغناطيسي
• نوى الفريت
• تصميم تأريض مناسب

تُغطى مخارج الكابلات عادةً باستخدام رغوة موصلة أو نسيج موصل.

هل تحتاج المركبات الموجهة آلياً (AGVs) إلى حماية من التداخل الكهرومغناطيسي؟

نعم.

تتضمن المركبات الموجهة آلياً (AGVs) أنظمة فرعية إلكترونية متعددة، بما في ذلك:

• وحدات التحكم في المحركات
• أنظمة إدارة البطاريات (BMS)
• نظام الملاحة LiDAR
• وحدات الاتصال اللاسلكي

تُستخدم الرغوة الموصلة على نطاق واسع حول وصلات الغلاف والوحدات الإلكترونية الحساسة لتحسين أداء التوافق الكهرومغناطيسي.

هل يمكن استخدام الرغوة الموصلة في مفاصل الروبوتات التعاونية؟

قطعاً.

تحتوي مفاصل الروبوت على محركات مؤازرة، وأجهزة تشفير، ومستشعرات عزم الدوران، وإلكترونيات تحكم مدمجة.

توفر رغوة التوصيل المصغرة بتقنية SMT ورغوة التوصيل متعددة الاتجاهات تأريضًا موثوقًا به مع شغل مساحة تركيب ضئيلة.

ما هي معايير التوافق الكهرومغناطيسي التي تنطبق على الروبوتات الصناعية؟

معظم الروبوتات الصناعية مصممة لتتوافق معIEC 61000 معايير التوافق الكهرومغناطيسي، بما في ذلك:

• IEC 61000-6-2 (الحصانة الصناعية)
• IEC 61000-6-4 (الانبعاثات الصناعية)

تعتمد المعايير المطبقة على السوق المستهدف للروبوت والتطبيق المقصود منه.

نبذة عن كونليدا

تأسست في2006 تتخصص شركة Suzhou Konlida Precision Electronics Co., Ltd. في البحث والتطوير والتصنيع لمواد الحماية المتقدمة من التداخل الكهرومغناطيسي.

تُستخدم منتجاتنا من رغوة الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي على نطاق واسع في الروبوتات الصناعية، والروبوتات التعاونية، والمركبات الموجهة آليًا (AGVs) من أجل:

• خزائن التحكم
• الوحدات المشتركة
• أنظمة الاستشعار
• واجهات الاتصال
• إلكترونيات الطاقة

تقدم شركة كونليدا مجموعة متكاملة تشمل ما يلي:

• رغوة موصلة FOF
• رغوة موصلة بتقنية SMT
• رغوة موصلة من نوع AIR LOOP
• رغوة موصلة متعددة الاتجاهات
• حلول الأقمشة الموصلة

معتمد منIATF 16949 وISO 13485 نحن نقدم منتجات قياسية وحلول EMI مصممة خصيصًا للتطبيقات الصناعية والطبية الصعبة.

سواء كنت بحاجة إلى نماذج أولية سريعة أو مكونات إسفنجية EMI مصممة خصيصًا للهياكل الروبوتية المعقدة، فإن فريقنا الهندسي جاهز لدعم مشروعك القادم.