Aplicações de espuma condutora em robôs industriais e AGVs

A indústria da robótica está avançando rapidamente. De robôs industriais em linhas de produção automatizadas a robôs colaborativos (cobots) trabalhando ao lado de humanos e AGVs (Veículos Guiados Automaticamente) usados ​​em armazéns inteligentes, os robôs modernos estão se tornando mais precisos, compactos e altamente integrados.

No entanto, uma maior integração também traz um desafio maior: interferência eletromagnética (EMI) .

Com a incorporação de mais servomotores, sensores, módulos de comunicação e sistemas de controle em robôs, a manutenção da compatibilidade eletromagnética (EMC) tornou-se uma parte crítica do projeto de robôs.

Um componente frequentemente negligenciado nesse processo é espuma condutora , um material flexível de blindagem EMI que ajuda a manter um contato elétrico confiável, bloquear vazamentos eletromagnéticos e melhorar a estabilidade do sistema.

Se você quiser entender primeiro os fundamentos da espuma condutora, pode ler nosso guia: O que é espuma condutora? Usos, aplicações e benefícios de blindagem EMI .

Este artigo explora como a espuma condutora é aplicada em quatro áreas críticas da robótica e explica o porquê. espuma de blindagem EMI As soluções tornaram-se essenciais para robôs industriais, robôs colaborativos e sistemas AGV.

1. Por que os robôs precisam de blindagem EMI?

Os robôs operam em ambientes eletromagnéticos complexos. Dentro e ao redor de um sistema robótico, múltiplas fontes de interferência podem afetar a integridade do sinal e a precisão do controle.

1.1 Fontes densas de ruído interno

Um painel de controle típico para robôs industriais contém:

• Servoacionamentos
• Fontes de alimentação comutadas
• Conversores de frequência
• Controladores PLC
• Módulos de comunicação

Dentre eles, os servomotores são uma das fontes mais fortes de EMI (interferência eletromagnética). Os sinais de acionamento PWM (modulação por largura de pulso) podem gerar ruído eletromagnético de alta frequência, variando de dezenas de MHz a centenas de MHz.

Sem blindagem adequada, esse ruído pode interferir com:

• Sensores de posição
• Sinais do codificador
• Interfaces de comunicação
• Circuitos de controle

1.2 Interferência Eletromagnética Externa

Os ambientes industriais geralmente contêm vários dispositivos de alta potência, incluindo:

• Máquinas de solda
• Equipamentos CNC
• Motores grandes
• Conversores de energia

Esses dispositivos geram radiação eletromagnética que pode se acoplar aos sistemas de controle de robôs através de cabos, invólucros ou aberturas estruturais.

1.3 Requisitos Elevados para Integridade de Sinal

Os robôs modernos dependem muito de sensores de precisão:

• Sensores de torque
• Sistemas de visão
• módulos LiDAR
• sensores de feedback de força
• Sensores de toque

Muitos sinais de sensores operam em níveis de tensão muito baixos, às vezes na faixa de milivolts ou microvolts.

Mesmo pequenas perturbações eletromagnéticas podem causar:

• Erros de posicionamento
• Instabilidade na comunicação
• Sinais de feedback incorretos
• Movimento inesperado

Para robôs colaborativos e robôs médicos, essa confiabilidade é especialmente importante.

1.4 Confiabilidade da Comunicação

Os robôs industriais utilizam cada vez mais protocolos de comunicação de alta velocidade, tais como:

• EtherCAT
• barramento CAN
• Ethernet industrial

Esses sistemas de comunicação são altamente sensíveis à interferência eletromagnética. Um projeto de blindagem adequado é necessário para manter a transmissão de dados estável.

2. Quatro áreas-chave em robôs onde a espuma condutora é aplicada

Área de aplicação 1: Painéis de controle de robôs — A principal área de blindagem EMI

O painel de controle do robô é uma das zonas de proteção EMC mais importantes.

Dentro do gabinete, as diferentes seções funcionais geralmente incluem:

• Área de energia
• Área de veículos
• Área de controle
• Área de comunicação

Sem um isolamento eletromagnético adequado, a interferência pode se propagar entre essas seções por meio de radiação ou condução.

Como a espuma condutora é usada em painéis de controle

Por que usar Espuma condutora Em vez de Folha de cobre ?

Durante a montagem de gabinetes, as tolerâncias mecânicas frequentemente criam folgas irregulares entre 0,5 mm e 2 mm.

Materiais como folhas de cobre e folhas de alumínio proporcionam excelente condutividade, mas não conseguem compensar essas variações estruturais.

A espuma condutora FOF resolve esse problema porque combina:

• Condutividade elétrica
• Recuperação elástica
• Capacidade de preenchimento de lacunas
• pressão de contato a longo prazo

Isso garante um aterramento contínuo ao longo de todo o percurso de vedação.

Para uma comparação detalhada entre espuma condutora, folha de cobre, folha de alumínio e tecido condutor, consulte:

Espuma condutora vs. folha de cobre vs. folha de alumínio vs. tecido condutor: comparação de desempenho dos principais materiais

Exemplo de aplicação real

Um fabricante de robótica registrou emissões radiadas excessivas durante testes de compatibilidade eletromagnética (EMC) na faixa de frequência de 30 MHz a 100 MHz.

A causa principal foi identificada como vazamento através da fresta da porta do painel de controle.

O projeto original utilizava tiras de borracha condutoras, mas a compressão a longo prazo causava deformação e reduzia a confiabilidade do contato.

Após substituí-los por espuma condutora Konlida FOF em formato D:

• A emissão irradiada diminuiu em 8–12 dB.
• A certificação EMC foi obtida com sucesso.
• A confiabilidade da vedação a longo prazo foi aprimorada.

Área de aplicação 2: Módulos de juntas robóticas — Solução de restrições espaciais

As juntas dos robôs são os principais componentes móveis dos sistemas robóticos.

Eles integram:

• Servomotores
• Codificadores
• Redutores
• Conselhos de controle conjunto

No entanto, o espaço interno para instalação é extremamente limitado. O espaço disponível para materiais de blindagem geralmente é de apenas 1 a 3 mm.

Aplicações de espuma condutora em módulos de juntas

Por que escolher? Juntas EMI SMT ?

Os contatos de mola de aterramento tradicionais apresentam diversas limitações:

• Espaço amplo para instalação
• Fadiga mecânica durante o movimento
• Risco de fratura após vibração prolongada

As juntas SMT EMI oferecem uma solução melhor.

As vantagens incluem:

• Tamanho compacto (tão pequeno quanto 1,2 mm × 1,2 mm)
• Soldagem direta de placas de circuito impresso por meio de processo de refluxo
• contato elástico estável
• Resistência à fadiga por vibração

Em comparação com as molas metálicas tradicionais, a estrutura à base de silicone absorve microvibrações e mantém um desempenho de aterramento confiável.

Para a seleção da estrutura de espuma condutora SMT, consulte:

Contatos SMD flexíveis: Comparando 5 estruturas internas para aterramento EMI

Área de aplicação 3: Módulos de sensores — Proteção de sinais fracos

Os robôs modernos dependem de uma ampla gama de sensores de precisão, incluindo:

• Sensores de torque
• Câmeras de visão
• LiDAR
• Sensores ultrassônicos
• Sensores táteis

Esses dispositivos geralmente emitem sinais de nível extremamente baixo, que são altamente suscetíveis a interferências eletromagnéticas. Uma espuma de blindagem EMI eficaz ajuda a manter a integridade do sinal e a precisão do sistema.

Aplicações típicas de absorção eletromagnética em módulos de sensores

Por que usar Espuma condutora omnidirecional ?

Os sistemas de visão artificial exigem uma estabilidade de sinal excepcional. Mesmo pequenas interferências eletromagnéticas podem afetar a qualidade da imagem ou a precisão do posicionamento.

A espuma condutora omnidirecional oferece condutividade nas direções X, Y e Z, permitindo um aterramento confiável com apenas 0,1 a 0,3 mm de compressão. Isso minimiza o estresse mecânico, mantendo uma blindagem EMI estável em torno de conjuntos ópticos de precisão.

Para entender melhor as diferentes estruturas de espuma condutora, leia nosso guia:

Tipos de juntas de espuma condutora: um guia claro para FOF, SMT, AIR LOOP e muito mais.
https://www.konlidainc.com/article/foam-guide.html

Área de aplicação 4: Módulos de alimentação e comunicação

Fontes de alimentação e interfaces de comunicação são dois pontos fracos comuns em termos de compatibilidade eletromagnética (EMC) dentro de sistemas de controle robótico.

Módulos de potência

As fontes de alimentação comutadas normalmente operam entre 100 kHz e 1 MHz , enquanto seus harmônicos podem se estender até a faixa de dezenas de MHz.

Os principais requisitos incluem:

• Baixa impedância de aterramento
• Estabilidade de contato a longo prazo
• Resistência a altas temperaturas

Solução recomendada: Espuma condutora banhada a ouro, que oferece excelente resistência à oxidação e mantém uma resistência de contato estável durante longos períodos de uso.

Módulos de comunicação

Protocolos de comunicação industrial, tais como:

• EtherCAT
• Barramento CAN
• Ethernet industrial

São extremamente sensíveis a interferências eletromagnéticas.

Os conectores de comunicação requerem contato de blindagem contínuo de 360° para minimizar o vazamento eletromagnético.

As soluções recomendadas incluem:

• Espuma condutora em formato de anel
• Esponja EMI de perfil personalizado
• Tecido condutor para blindagem de cabos

Esses materiais criam um caminho condutor completo ao redor das interfaces de comunicação, ao mesmo tempo que respeitam as tolerâncias de fabricação.

3. Guia de Seleção de Materiais de Blindagem EMI para Robôs

4. Requisitos Especiais para Espuma Condutiva em Robótica

Resistência à vibração a longo prazo

Robôs industriais operam continuamente sob vibração e movimento repetitivos. Os materiais de blindagem devem manter contato elétrico estável durante toda a sua vida útil.

Solução recomendada:

• Espuma condutora com núcleo de silicone
• Espuma condutora com núcleo de PORON®
• Taxa de recuperação acima de 90%
• Versões com montagem SMT para aplicações que exigem máxima confiabilidade.

Ampla faixa de temperatura de operação

Os robôs podem operar em ambientes que variam desde instalações de armazenamento refrigerado até fundições.

As temperaturas ambientes típicas variam de −40°C a +120°C .

Solução recomendada:

• Espuma condutora com núcleo de silicone
• Filme PI condutor banhado a ouro

Esses materiais podem suportar temperaturas de operação de até 280°C , superando significativamente as esponjas EMI convencionais com núcleo de PU.

Requisitos de limpeza

Os robôs utilizados em dispositivos médicos, produção farmacêutica e processamento de alimentos exigem materiais com baixa contaminação e excelente estabilidade química.

Espuma condutora de grau médico fabricada sobISO 13485 Sistemas de qualidade ajudam a atender a esses exigentes requisitos de aplicação.

Design leve para robôs colaborativos

A redução de peso melhora diretamente a capacidade de carga e a eficiência energética dos robôs colaborativos.

Em comparação com as soluções de blindagem tradicionais, materiais leves como:

• Espuma condutora AIR LOOP
• Espuma condutora omnidirecional

pode reduzir o peso do componente de blindagem em mais de50% mantendo ao mesmo tempo um excelente desempenho em relação à interferência eletromagnética (EMI).

Perguntas frequentes

A folha de cobre pode substituir a espuma condutora dentro dos robôs?

Não completamente.

A folha de cobre funciona bem em superfícies metálicas planas, mas não consegue compensar tolerâncias de montagem ou folgas irregulares. A espuma de blindagem EMI continua sendo a solução preferida sempre que compressão, flexibilidade ou contato elétrico contínuo forem necessários.

Como é controlada a interferência do servomotor?

Os servomotores geram ambos:

• EMI irradiada
• EMI realizado

A interferência irradiada é normalmente reduzida utilizando invólucros metálicos combinados com materiais de vedação de esponja EMI .

A interferência conduzida é controlada por meio de:

• Filtros EMI
• núcleos de ferrite
• Projeto de aterramento adequado

As saídas de cabos são geralmente protegidas com espuma condutora ou tecido condutor.

Os AGVs precisam de blindagem EMI?

Sim.

Os AGVs integram múltiplos subsistemas eletrônicos, incluindo:

• Controladores de motor
• Sistemas de gerenciamento de baterias (BMS)
• Navegação LiDAR
• Módulos de comunicação sem fio

A espuma condutora é amplamente utilizada em torno de juntas de invólucros e módulos eletrônicos sensíveis para melhorar o desempenho de compatibilidade eletromagnética (EMC).

As juntas de robôs colaborativos podem usar espuma condutora?

Absolutamente.

As juntas do robô contêm servomotores, encoders, sensores de torque e eletrônica de controle compacta.

As espumas condutoras SMT em miniatura e as espumas condutoras omnidirecionais proporcionam um aterramento confiável, ocupando um espaço mínimo de instalação.

Quais normas de EMC se aplicam a robôs industriais?

A maioria dos robôs industriais é projetada para estar em conformidade com oIEC 61000 Normas de EMC, incluindo:

• IEC 61000-6-2 (Imunidade Industrial)
• IEC 61000-6-4 (Emissão Industrial)

As normas aplicáveis ​​dependem do mercado-alvo e da aplicação pretendida do robô.

Sobre Konlida

Fundada em2006 A Suzhou Konlida Precision Electronics Co., Ltd. é especializada em pesquisa, desenvolvimento e fabricação de materiais avançados de blindagem EMI.

Nossos produtos de espuma de blindagem EMI são amplamente utilizados em robôs industriais, robôs colaborativos e AGVs para:

• Painéis de controle
• Módulos conjuntos
• Sistemas de sensores
• Interfaces de comunicação
• Eletrônica de potência

A Konlida oferece um portfólio completo que inclui:

• espuma condutora FOF
• Espuma condutora SMT
• Espuma condutora AIR LOOP
• Espuma condutora omnidirecional
• Soluções de tecido condutor

Certificado paraIATF 16949 eISO 13485 Oferecemos tanto produtos padrão quanto soluções EMI totalmente personalizadas para aplicações industriais e médicas exigentes.

Seja para prototipagem rápida ou componentes de espuma EMI personalizados para estruturas robóticas complexas, nossa equipe de engenharia está pronta para apoiar seu próximo projeto.