Bekabeling volgt steeds flexibeler gebruik robots
Functionaliteit en betrouwbaarheid in krappe situaties
Robots worden steeds vaker ingeschakeld in productieprocessen, vaak in bestaande lijnen die hier oorspronkelijk niet op voorzien waren. Een logisch gevolg is het frequent voorkomen van krappe situaties waarin vooral cobots moeten werken en dus aangesloten dienen te worden. De benodigde bekabeling moet bijgevolg niet alleen de immer toenemende functionaliteit ondersteunen, maar ook flexibel en betrouwbaar genoeg zijn.
Kleiner en fijner
Vooral cobots worden almaar krachtiger en vaak ook compacter. Hierdoor kunnen ze flexibeler ingepast worden in productielijnen, ook in die lijnen die daar oorspronkelijk niet op voorzien waren. Het resultaat is een veelvoud aan situaties waarin vooral cobots in vrij krappe plaatsen worden ingezet, met net genoeg ruimte om de benodigde bewegingen uit te voeren.
De bekabeling naar de robot toe moet dus flexibel genoeg zijn om in deze vaak beperkte ruimtes te passen. Het compactere design van veel robots en cobots zorgt ervoor dat de interne bekabeling vaak minder plaats heeft dan vroeger en dus ook hier aangepaste eigenschappen moet hebben. Daarnaast neemt de functionaliteit van robots sterk toe de laatste tijd. Denk maar aan complexere bewegingen die extra druk zetten op de kabels, maar ook het verzamelen en doorsturen van heel wat procesdata.
Dit verloopt vaak via dezelfde kabel als die voor de energietoevoer. Dit vergemakkelijkt de installatie, maar vraagt om aangepaste bekabeling, die beter bestand is tegen korte bochten en hogere torsie. Om beweging langs de lengteas mogelijk te maken, zijn robotkabels heel anders opgebouwd dan andere kabels. Dit begint al bij de bundeling en gaat verder met de isolatie van de geleiders en het verwerken van speciale folies en vliezen in de kabel om deze torsiebestendig te maken. Bij robots die worden gebruikt voor het lassen, moet men tevens rekening houden met de noodzaak van lasvonkbestendigheid. De meeste kabels zijn bovendien vlamvertragend en UV-bestendig.
Een andere uitdaging is het toenemen van de spannings- en datadensiteit, vooral door de doorgedreven automatiseren en het intensiever delen van allerlei data, ook draadloos. Hierdoor neemt het risico op elektromagnetische interferentie (EMI) sterk toe. Kabels moeten hier dus in toenemende mate tegen bestand zijn, waarvoor soms creatieve oplossingen moeten worden gezocht.
Betrouwbare oplossingen
Even inpikken op dit laatste aspect. Kabels moeten door de sterk toegenomen spannings- en datadensiteit in veel gevallen dus elektromagnetisch compatibel zijn of met andere woorden: ze mogen functioneel geen hinder ondervinden van de vele signalen die in productiehallen worden uitgestuurd; of zelf dergelijke hinder veroorzaken.
In het algemeen kan deze dreiging worden tegengegaan door het ontwerpen van afgeschermde, twisted pair kabels. Dit getorst paar is een tweeaderige kabel waarbij de aders rond elkaar zijn gewonden, specifiek om EMI te vermijden. Dergelijke kabel heeft in een (homogeen) elektromagnetisch stoorveld gemiddeld geen lusoppervlakte, waardoor het stoorveld geen stoorspanning in de kabel kan induceren. De inductiespanning die in een lus ontstaat, wordt hierbij tegengewerkt door de volgende halve winding waar de aders anders liggen. Daarnaast wordt het signaal differentieel verstuurd om capacitieve storing te elimineren. Hoe meer windingen er zijn, hoe minder kans er is op EMI.
Deze kabels worden daarnaast afgeschermd met een gevlochten metalen omhulsel (braid), dat bescherming biedt tegen interferenties tot enkele MHz. Daarnaast kan een metalen band worden toegevoegd om hogere frequenties af te leiden. Deze beschermingen mogen zeker niet beschadigd raken, aangezien zelfs een kleine knik de beschermende werking kan tenietdoen. Bovendien is de overgang tussen kabel en connector een zwak punt in de bescherming.
Kabels moeten door de sterk toegenomen spannings- en datadensiteit in veel gevallen elektromagnetisch compatibel zijn
Dergelijke oplossing zorgt wel voor minder flexibiliteit in de kabel. Ze wordt dus minder wendbaar, maar in de meeste gevallen vormt dit geen onoverkomelijk probleem. De meeste robotkabels die bestand zijn tegen EMI, hebben een torsiehoek van ongeveer 360°, wat doorgaans ruimschoots volstaat. In het algemeen is er wel een duidelijke ontwikkeling naar kabels met een kleinere buigstraal. Afhankelijk van de grootte hebben de nieuwste kabels soms een minimale buigstraal van slechts vier keer de buitendiameter.
Een ander nadeel verbonden aan EMI is dat men geneigd is om verschillende kabels voor de diverse soorten data te gebruiken. Daardoor moeten er vaak meerdere kabels door de kabelslang, wat dan weer het risico oplevert dat de kabels verstrengeld geraken en er extra trekkrachten op de kabels komen. Fabrikanten ontwikkelen daarom steeds dunnere en lichtere kabels, die zo minder plaats innemen in kabelslangen en het algemene gewicht van de toepassing drukken.
Eindgebruikers willen echter steeds meer de toenemende hoeveelheid data door eenzelfde kabel sturen. Bovendien wordt deze data liefst door dezelfde kabel als de energietoevoer verstuurd. Fabrikanten zetten dan ook sterk in op deze ontwikkeling en allerlei protocollen, zoals IO-Link, zijn hierop voorzien en faciliteren deze dataoverdracht. Zo is het mogelijk om met één kabel in combinatie met perslucht de robottool te voorzien van de juiste sensoren en actuatoren, zonder dat er een kabelboom langs de robot moet gelegd worden.
We zien ook dat robots in meer extreme omstandigheden worden gebruikt, ook wat de temperatuur betreft. Een andere innovatie in de aanverwante bekabeling is dan ook het temperatuurbereik, dat systematisch zowel naar boven als naar beneden wordt uitgebreid. Dit verhoogt aanzienlijk de levensduur van de kabel in veel toepassingen en zorgt voor een betrouwbare installatie.
Een laatste oplossing is het gebruik van dresspacks en kabelbescherming. Dit wordt echter nog weleens achterwege gelaten, maar toch verhoogt het de productiviteit en vooral de betrouwbaarheid. Het verlengt de levensduur van de installaties aanzienlijk, wat ook resulteert in een meer rendabele werking van de robots in de productie.
Blijvende uitdagingen
Er blijven echter bepaalde praktische problemen waar fabrikanten van robots nog niet altijd voldoende aandacht aan besteden. Zo zijn er soms reeds pneumatische ventielen in de arm geïntegreerd, maar bij de gangbare merken van cobots is dit doorgaans niet het geval. Alle bekabeling en pneumatica moeten dan extern op de arm aangebracht worden. Hiervoor wordt een flexibele energieslang gebruikt, maar er zijn geen standaard bevestigingen voorzien voor deze slangen.
Een pragmatische oplossing is dan het gebruik van klittenband riempjes om de kabelslang vast te maken. Dit is niet altijd even betrouwbaar of veilig naar de gebruiker toe. Bij sommige cobots is de arm ook niet cilindrisch maar bijvoorbeeld conisch, waardoor deze bandjes gemakkelijk verschuiven.
Eindgebruikers willen steeds meer de toenemende hoeveelheid data door eenzelfde kabel sturen
Verder is het bepalen van het optimale traject voor de kabelslang vaak een verhaal van trial en error. Rekening houdend met de beperkingen van de bewegingsvrijheid van de kabelslang moeten de limieten van de verschillende assen vaak al correct worden ingesteld. Er zijn momenteel nog geen ondersteunende tools beschikbaar om het optimale traject te bepalen.
Voor heel wat robots en cobots neemt het gebruik van (automatische) toolchangers sterk toe. Hierdoor kan er snel en flexibel van grijper gewisseld worden, wat de functionaliteit van de installatie sterk doet toenemen. In dergelijke situaties moet deze bekabeling natuurlijk eenvoudig en snel kunnen worden losgekoppeld. Er mag bovendien geen risico zijn op foutieve aansluiting bij meerdere stekkers. Fabrikanten van grijpers zetten dan ook sterk in op de ontwikkeling van (universele) toolchangers, waarbij het volstaat om de grijper eenvoudig vast te klikken in de koppeling. Bij het gebruik van perslucht moeten de benodigde kabels natuurlijk nog verbonden worden.
Met medewerking van Fanuc, Helukabel, KoMotion, LAPP, Murrelektronik en Turck Multiprox
