Samtec技术漫谈：机器人设计中的连接器

摘要/前言

机器人已经与人类社会相处了数十年，这里指的机器人Robots并不是那些登上头条或在技术大会上引起轰动的可爱或未来主义的设计。它们是在幕后工作的机器，负责制造我们日常生活中使用的许多产品。

机器人设计遇到的难题   
  
按照今天的标准，这些工业机器人的智能程度相对较低，但它们发挥着重要作用。它们被设计用来重复执行相同的任务，而且非常精确。汽车行业使用工业机器人已经超过半个世纪了。它们从事危险或枯燥的工作，如焊接、喷漆和装配。

为工业机器人创建连接器解决方案令制造商头痛不已，关键的考虑因素是可靠性。当我们描述一个连接器时，我们通常使用配接周期作为衡量其使用寿命的关键标准。一个配接周期被定义为对连接器进行一次配接和不配接的行为，大多数制造商公布了每种类型的最低预期配接周期数，作为衡量其可靠性的标准。 

如果在现实世界中使用连接器时，其实际性能有很大的差异，这并不奇怪。在清洁和舒适的环境中，如果由有经验的技术人员正确使用，连接器的寿命可能远远超过需要的时间。相反，如果在恶劣的现场条件下使用连接器，并且经常匆忙地拔掉插头，用户可能会发现它的使用寿命远远低于预期。当我们看一下工业机器人必须执行任务的工厂车间时，很容易出现这种情况。

为机器人设计时面临的另一个问题是运动。机器人的运动速度很快，往往是在多个方向上，而且连续几个小时甚至几天都是如此。机器人的所有部分--它的手臂和附属物--都需要相互连接，以提供它们工作所需的数据、电源和信号。每个移动的关节对设计师来说都是一个问题。

可靠性的设计和测试     

在为机器人设计时，他们所使用的连接器内的结构是其性能的核心。我们中的大多数人都熟悉使用以传统的插头和插座排列的端子设计的连接器。这已经伴随我们很长时间了，因为它提供了连接两个电路的最佳方式之一。

传统的端子和插座设计的概念是，将固定的端子插入一个稍小的插座中。插座可以充分弯曲，以允许端子进入并产生一个弹簧力，确保两半之间的接触。

这种设计的优点之一是，针状端子相对容易制造。端子可以是实心的，由实心棒材加工而成，也可以是空心的，由平坦的金属板制成，然后轧制或成型为三维形状。虽然不同的制造技术有各自的优势，但本例中重要的一点是，端子本身是固定的。

正是插座端子提供了设计中的灵活元素。插座比针脚略小，所以需要有一定的弹性来容纳它。当插座膨胀以容纳针脚时，就会对针脚施加一个正压力。这对于确保配对的两半之间有良好的电气接触是很重要的，并能减少正常使用中可能出现的振动影响。 

然而，正向的弹簧压力产生了其他问题。为了克服弹簧阻力，需要用力来接合和分离这些端子，分别称为插入力和拔出力。虽然少量端子所需的力可以忽略不计，但当我们考虑一个有许多电路的连接器时，情况就不一样了。为了成功地对接这样的连接器，需要施加大量的力，因此，操作者必须确保连接器正确地对准。

电缆的风险

电缆在工业机器人中使用时也有风险。在为机器人设计时，需要对电缆进行保护，确保它们的弯曲不会超过其内置的极限，也不会以笨重的方式扭曲。即使可以做到这一点，电缆仍然是由金属构成的，尽管是非常细的金属丝编织在一起制成柔性电缆。正如我们在历史上多次看到的那样，金属会失效。电缆本身的不断运动会削弱电线，严重影响其性能，损害其可靠性，甚至发生在电缆物理断裂之前。

然而，随着反复的运动，电缆最终会断裂，这时连接器将变得极其重要，因为电缆将需要被拆除和更换。有一些非常令人印象深刻的电缆可以提供更长的工作寿命，就像有高可靠性的连接器一样。我记得我曾使用过一种多芯电缆，它非常柔软，感觉像一块煮熟的意大利面条。  但最终，即使是这样的电缆也在反复使用中失效了。

在为机器人设计时，最令人头痛的也许是电源。现代电池技术现在比以往任何时候都更有能力，这在很大程度上要感谢汽车工业。然而，电池需要充电，在一些聪明的工程师想出通过蓝牙链接提供大量电力的方法之前，连接器是必经之路。

只要机器人还在持续发展，Samtec就会不断想出连接它们的新方法。关于最新的产品，请访问我们的工业应用页面，在那里我们探索工业自动化和自主机器人的世界。