sales78@konlidacn.com+86 18913657912
Применение проводящей пены в промышленных роботах и автоматизированных транспортных средствах.
Робототехническая отрасль стремительно развивается. От промышленных роботов на автоматизированных производственных линиях до коллаборативных роботов (коботов), работающих бок о бок с людьми, и автоматизированных транспортных средств (AGV), используемых на «умных» складах, современные роботы становятся все более точными, компактными и высокоинтегрированными.
Однако более высокая степень интеграции также создает более серьезные проблемы: электромагнитные помехи (ЭМП) .
Поскольку в робототехнике все чаще используются серводвигатели, датчики, коммуникационные модули и системы управления, обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) стало критически важной частью проектирования роботов.
Одним из часто упускаемых из виду компонентов этого процесса является проводящая пена Гибкий экранирующий материал от электромагнитных помех, который помогает поддерживать надежный электрический контакт, блокировать утечку электромагнитных волн и повышать стабильность системы.
Если вы хотите сначала разобраться в основах работы токопроводящей пены, вы можете ознакомиться с нашим руководством: Что такое проводящая пена? Применение, области использования и преимущества экранирования от электромагнитных помех. .
В этой статье рассматривается применение токопроводящей пены в четырех критически важных областях робототехники и объясняется, почему это необходимо. Пенопласт для экранирования электромагнитных помех Решения стали необходимыми для промышленных роботов, коллаборативных роботов и систем автоматизированных транспортных средств (AGV).
1. Зачем роботам нужна защита от электромагнитных помех?
Роботы работают в сложных электромагнитных условиях. Внутри и вокруг роботизированной системы многочисленные источники помех могут влиять на целостность сигнала и точность управления.
1.1 Плотные внутренние источники шума
Типичный шкаф управления промышленным роботом содержит:
- Сервоприводы
- Импульсные источники питания
- Частотные преобразователи
- ПЛК-контроллеры
- Коммуникационные модули
Среди них серводвигатели являются одним из самых сильных источников электромагнитных помех. Сигналы управления с ШИМ (широтно-импульсной модуляцией) могут генерировать высокочастотный электромагнитный шум в диапазоне от десятков до сотен МГц.
Без надлежащей защиты этот шум может создавать помехи для:
- датчики положения
- Сигналы энкодера
- Коммуникационные интерфейсы
- Схемы управления
1.2 Внешние электромагнитные помехи
В промышленных условиях часто используются многочисленные мощные устройства, в том числе:
- Сварочные аппараты
- Оборудование с ЧПУ
- Крупные двигатели
- Преобразователи мощности
Эти устройства генерируют электромагнитное излучение, которое может передаваться в системы управления роботами через кабели, корпуса или конструктивные зазоры.
1.3 Высокие требования к целостности сигнала
Современные роботы в значительной степени полагаются на высокоточные датчики:
- датчики крутящего момента
- системы машинного зрения
- модули LiDAR
- датчики обратной связи по усилию
- Сенсорные датчики
Многие сигналы от датчиков работают при очень низких уровнях напряжения, иногда достигающих милливольтного или микровольтного диапазона.
Даже небольшие электромагнитные возмущения могут вызывать:
- Ошибки позиционирования
- Нестабильность связи
- Некорректные сигналы обратной связи
- Неожиданное движение
Для коллаборативных роботов и медицинских роботов эта надежность особенно важна.
1.4 Надежность связи
Промышленные роботы все чаще используют высокоскоростные протоколы связи, такие как:
- EtherCAT
- Шина CAN
- Промышленный Ethernet
Эти системы связи крайне чувствительны к электромагнитным помехам. Для обеспечения стабильной передачи данных необходима соответствующая конструкция экранирования.
2. Четыре ключевые области применения проводящей пены в робототехнике
Область применения 1: Шкафы управления роботами — основная зона экранирования от электромагнитных помех.
Шкаф управления роботом является одной из важнейших зон электромагнитной защиты.
Внутри корпуса обычно располагаются различные функциональные секции, в том числе:
- Энергетическая зона
- Зона подъезда
- Зона управления
- Зона связи
Без надлежащей электромагнитной изоляции помехи могут распространяться между этими секциями посредством излучения или проводимости.
Как используется токопроводящая пена в шкафах управления
| Место применения | Рекомендуемый материал | Основная функция |
|---|---|---|
| Уплотнение дверцы шкафа | Проводящая пена FOF D-образной или P-образной формы | Заполняет зазоры между дверью и рамой шкафа, предотвращая утечку электромагнитных помех. |
| Заземление внутренней перегородки | Прямоугольная поролоновая прокладка FOF | Обеспечивает проводящее соединение между экранирующими перегородками. |
| заземление печатной платы | Проводящая пена для поверхностного монтажа | Создает упругое заземление между контактами печатной платы и металлическим корпусом. |
| Экранирование кабельного ввода | Кольцевая проводящая пена / всенаправленная пена | Обеспечивает экранирование вокруг кабельных отверстий. |
Зачем использовать Проводящая пена Вместо Медная фольга ?
В процессе сборки шкафов механические допуски часто приводят к образованию неравномерных зазоров от 0,5 до 2 мм.
Такие материалы, как медная и алюминиевая фольга, обеспечивают превосходную проводимость, но они не могут компенсировать эти структурные различия.
Проводящая пена FOF решает эту проблему, поскольку сочетает в себе следующие компоненты:
- Электропроводность
- Эластичное восстановление
- Возможность заполнения пробелов
- Давление при длительном контакте
Это обеспечивает непрерывное заземление по всей длине герметизирующего контура.
Для подробного сравнения токопроводящей пены, медной фольги, алюминиевой фольги и токопроводящей ткани см.:
Пример реального применения
В ходе испытаний на электромагнитную совместимость (ЭМС) на предприятии, занимающемся производством робототехники, были выявлены чрезмерные уровни излучения в диапазоне частот 30–100 МГц.
Первопричиной была выявлена утечка через зазор в дверце шкафа управления.
В первоначальной конструкции использовались токопроводящие резиновые полоски, но длительное сжатие приводило к деформации и снижению надежности контакта.
После замены их на проводящую пену Konlida D-образной формы:
- Уровень излучаемого излучения снизился на 8–12 дБ.
- Сертификация по электромагнитной совместимости была успешно получена.
- Повышена надежность герметизации в долгосрочной перспективе.
Область применения 2: Шарнирные модули роботов — Решение проблем, связанных с пространственными ограничениями
Шарниры роботов — это основные подвижные компоненты роботизированных систем.
Они включают в себя:
- Сервомоторы
- Энкодеры
- Редукторы
- Объединенные контрольные комиссии
Однако внутреннее пространство для установки крайне ограничено. Доступное пространство для экранирующих материалов часто составляет всего 1–3 мм.
Применение токопроводящей пены в соединительных модулях
| Место применения | Материал | Функция |
|---|---|---|
| Заземление платы управления | Миниатюрная SMT проводящая пена | Обеспечивает заземление между печатной платой и металлическим корпусом. |
| Экранирование энкодера | Всенаправленная проводящая пена | Защищает сигналы энкодера от помех ШИМ двигателя. |
| Экранирование выходного отверстия кабеля двигателя | Проводящая ткань или миниатюрная проводящая пена | Создает экранирующее заземление на выходе кабеля. |
Почему выбрать SMT EMI-прокладки ?
Традиционные пружинные контакты заземления имеют ряд ограничений:
- Большое пространство для установки
- Механическая усталость во время движения
- Риск перелома после длительной вибрации
SMT EMI Gaskets предлагает лучшее решение.
К преимуществам относятся:
- Компактный размер (всего 1,2 мм × 1,2 мм)
- Прямая пайка печатных плат методом оплавления.
- Стабильный упругий контакт
- Устойчивость к вибрационной усталости
По сравнению с традиционными металлическими пружинами, конструкция на основе силикона поглощает микровибрации и обеспечивает надежное заземление.
Для выбора проводящей пеноструктуры для поверхностного монтажа см.:
Мягкие SMD-контакты: сравнение 5 внутренних структур для заземления от электромагнитных помех.
Область применения 3: Сенсорные модули — Защита слабых сигналов
Современные роботы полагаются на широкий спектр высокоточных датчиков, в том числе:
- датчики крутящего момента
- Камеры видеонаблюдения
- Лидар
- Ультразвуковые датчики
- Тактильные датчики
Эти устройства часто выдают сигналы крайне низкой интенсивности, которые очень восприимчивы к электромагнитным помехам. Эффективная экранирующая пена от электромагнитных помех помогает поддерживать целостность сигнала и точность системы.
Типичные области применения электромагнитных губок в сенсорных модулях.
| Место применения | Рекомендуемый материал | Цель |
|---|---|---|
| заземление корпуса датчика | Прямоугольная или изготовленная на заказ проводящая пена FOF | Создает низкоимпедансное соединение между корпусом датчика и шасси робота. |
| Экранирование кабеля датчика | Проводящая ткань | Обеспечивает экранирование на 360° между экранирующими слоями кабеля и корпусами разъемов. |
| экранирование модуля видения | Всенаправленная проводящая пена | Экранирует модули камер от окружающего электромагнитного шума. |
Зачем использовать Всенаправленная проводящая пена ?
Системы машинного зрения требуют исключительной стабильности сигнала. Даже незначительные электромагнитные помехи могут повлиять на качество изображения или точность позиционирования.
Всенаправленная проводящая пена обеспечивает проводимость в направлениях X, Y и Z, позволяя надежно заземлять устройство при сжатии всего на 0,1–0,3 мм . Это минимизирует механические напряжения, обеспечивая при этом стабильное экранирование от электромагнитных помех вокруг прецизионных оптических сборок.
Чтобы лучше понять различные структуры проводящих пенопластов, ознакомьтесь с нашим руководством:
Типы токопроводящих вспененных прокладок: подробное руководство по FOF, SMT, AIR LOOP и другим технологиям.
https://www.konlidainc.com/article/foam-guide.html
Область применения 4: Модули питания и связи
Источники питания и коммуникационные интерфейсы — два распространенных слабых места в системах управления роботами с точки зрения электромагнитной совместимости.
Силовые модули
Импульсные источники питания обычно работают в диапазоне частот от 100 кГц до 1 МГц , при этом их гармоники могут достигать десятков МГц.
Ключевые требования включают в себя:
- Низкое сопротивление заземления
- Долговременная стабильность контакта
- Высокая термостойкость
Рекомендуемое решение: позолоченная токопроводящая пена, обеспечивающая превосходную стойкость к окислению и сохраняющая стабильное контактное сопротивление в течение длительного периода эксплуатации.
Коммуникационные модули
Промышленные протоколы связи, такие как:
- EtherCAT
- Шина CAN
- Промышленный Ethernet
Они чрезвычайно чувствительны к электромагнитным помехам.
Для минимизации электромагнитных помех в коммуникационных разъемах необходим непрерывный экранирующий контакт на 360° .
Рекомендуемые решения включают:
- Кольцеобразная проводящая пена
- Поролоновый демпфер электромагнитных помех нестандартного профиля
- Проводящая ткань для экранирования кабеля
Эти материалы создают сплошной проводящий путь вокруг интерфейсов связи, учитывая при этом производственные допуски.
3. Руководство по выбору материалов для экранирования от электромагнитных помех роботов
| Приложение | Основное требование | Рекомендуемый материал | Советы по выбору |
|---|---|---|---|
| Дверца шкафа управления | Заполнение пробелов и долговечность | Проводящая пена D-образной формы FOF | Степень сжатия 25–30%, степень восстановления >90%. |
| заземление печатной платы | Автоматизированная сборка | Проводящая пена для поверхностного монтажа | Силиконовый сердечник, совместимый с пайкой оплавлением. |
| Шарниры робота | Компактная установка | Миниатюрная SMT проводящая пена | Доступные размеры: 1,2 × 1,2 мм |
| Защита энкодера | Низкая сила сжатия | Всенаправленная проводящая пена | Проводимость сохраняется даже при 10% сжатии. |
| Корпуса датчиков | Пользовательские профили | Изготовленная на заказ токопроводящая пена FOF | Разработан для соответствия геометрии корпуса. |
| силовые модули | Высокая температура | Позолоченная пена FOF или SMT | Превосходная стойкость к окислению |
| Коммуникационные интерфейсы | заземление на 360° | Кольцевая проводящая пена | Изготавливается на заказ в соответствии с размером разъема. |
| контроллеры двигателей AGV | Устойчивость к вибрации и атмосферным воздействиям | Проводящая пена FOF с силиконовым сердечником | Диапазон рабочих температур: от −40 °C до 150 °C |
4. Особые требования к проводящей пене в робототехнике
Долговременная виброустойчивость
Промышленные роботы работают непрерывно в условиях повторяющихся вибраций и движений. Экранирующие материалы должны поддерживать стабильный электрический контакт на протяжении всего срока службы.
Рекомендуемое решение:
- Проводящая пена с силиконовым сердечником
- Проводящая пена с сердцевиной из PORON®
- Уровень выздоровления выше 90%.
- Версии для поверхностного монтажа (SMT) для применений, требующих максимальной надежности.
Широкий диапазон рабочих температур
Роботы могут работать в самых разных условиях, от холодильных складов до литейных цехов.
Типичный диапазон температур окружающей среды составляет от −40°C до +120°C .
Рекомендуемое решение:
- Проводящая пена с силиконовым сердечником
- Позолоченная проводящая полиимидная пленка
Эти материалы выдерживают рабочие температуры до 280 °C , значительно превосходя по своим характеристикам обычные полиуретановые губки с сердечником, защищающие от электромагнитных помех.
Требования к чистоте
Роботы, используемые в производстве медицинских изделий, фармацевтической продукции и пищевой промышленности, требуют материалов с низким уровнем загрязнения и превосходной химической стабильностью.
Проводящая пена медицинского класса, изготовленная в соответствии сISO 13485 Системы управления качеством помогают соответствовать этим высоким требованиям к приложениям.
Облегченная конструкция для коллаборативных роботов
Снижение веса напрямую повышает грузоподъемность и энергоэффективность коллаборативных роботов.
По сравнению с традиционными экранирующими решениями, легкие материалы, такие как:
может снизить вес экранирующих компонентов более чем на50% при сохранении превосходных показателей электромагнитной совместимости.
Часто задаваемые вопросы
Может ли медная фольга заменить токопроводящую пену внутри роботов?
Не совсем.
Медная фольга хорошо работает на плоских металлических поверхностях, но не может компенсировать допуски при сборке или неровные зазоры. Экранирующая пена от электромагнитных помех остается предпочтительным решением там, где требуется сжатие, гибкость или непрерывный электрический контакт.
Как контролируется помехи от сервомоторов?
Сервомоторы генерируют и то, и другое:
- Излучаемые электромагнитные помехи
- Проводимые электромагнитные помехи
Как правило, уровень излучаемых помех снижается за счет использования металлических корпусов в сочетании с герметизирующими материалами из вспененного материала , предотвращающими электромагнитные помехи.
Консультативный контроль помех осуществляется посредством:
- Фильтры электромагнитных помех
- Ферритовые стержни
- Надлежащая конструкция заземления
Выходы кабелей обычно экранируются с помощью проводящей пены или проводящей ткани.
Требуется ли экранирование от электромагнитных помех для автоматизированных транспортных средств (AGV)?
Да.
Автоматизированные транспортные средства (AGV) объединяют в себе множество электронных подсистем, в том числе:
- Контроллеры двигателей
- Системы управления батареями (BMS)
- Навигация с использованием лидара
- беспроводные коммуникационные модули
Проводящая пена широко используется вокруг швов корпусов и чувствительных электронных модулей для улучшения электромагнитной совместимости.
Можно ли использовать проводящую пену в шарнирах коллаборативных роботов?
Абсолютно.
Шарниры роботов содержат серводвигатели, энкодеры, датчики крутящего момента и компактную управляющую электронику.
Миниатюрные токопроводящие пеноматериалы для поверхностного монтажа и всенаправленные токопроводящие пеноматериалы обеспечивают надежное заземление, занимая при этом минимальное пространство для установки.
Какие стандарты электромагнитной совместимости (ЭМС) применяются к промышленным роботам?
Большинство промышленных роботов спроектированы в соответствии с требованиямиIEC 61000 Стандарты электромагнитной совместимости, в том числе:
- IEC 61000-6-2 (Промышленная помехоустойчивость)
- IEC 61000-6-4 (Промышленные выбросы)
Применимые стандарты зависят от целевого рынка робота и предполагаемого применения.
О Конлиде
Основан в2006
Наша продукция из пеноматериала для экранирования электромагнитных помех широко используется в промышленных роботах, коллаборативных роботах и автоматизированных транспортных средствах (AGV) для следующих целей:
- Шкафы управления
- Совместные модули
- сенсорные системы
- Коммуникационные интерфейсы
- Силовая электроника
Компания Konlida предлагает полный портфель продуктов, включающий в себя:
- Проводящая пена FOF
- Проводящая пена для поверхностного монтажа
- Проводящая пена AIR LOOP
- Всенаправленная проводящая пена
- Проводящие тканевые решения
Сертифицировано поIATF 16949 иISO 13485 Мы предлагаем как стандартные продукты, так и полностью индивидуальные решения в области электромагнитной совместимости для сложных промышленных и медицинских применений.
Независимо от того, требуется ли вам быстрое прототипирование или изготовление на заказ компонентов из звукопоглощающей губки для сложных роботизированных конструкций, наша инженерная команда готова поддержать ваш следующий проект.
PRODUCTS
ABOUT US