Conectores y cables HARTING para robótica

Conectores, enchufes y cables de la marca HARTING han sido confiables durante décadas para profesionales que construyen sistemas industriales complejos, entre otros en el campo de la automatización/robótica. Los productos están diseñados para transmitir señales variadas y alimentación, así como control de accionamientos. Son resistentes a muchos factores mecánicos (movimiento continuo y repetitivo, vibraciones, etc.). En el texto a continuación se presenta una visión general de la oferta de HARTING teniendo en cuenta los requisitos que se encuentran en la construcción de robots industriales.

En este artículo tratamos temas como:

• Características generales de la robótica como disciplina en automatización
• Diversidad de zonas en las instalaciones robóticas
• Parámetros clave de los conectores para la robótica
• Selección de elementos HDC en la oferta de HARTING
• Posibilidades y limitaciones de los conectores/cables M12
• Compromiso óptimo ofrecido por productos M17
• Conectores M23, o altas prestaciones y resistencia

Especificidad de las conexiones en robótica

Los conectores usados en instalaciones robóticas (ya sea en un sistema automatizado o en una máquina independiente) son clave para la durabilidad de los dispositivos, facilidad de mantenimiento y escalabilidad. Al mismo tiempo, esta rama de la ingeniería plantea muchos desafíos a los diseñadores relacionados con el movimiento, vibraciones, interferencias en señales de control, etc. Además, de los conectores se requiere, entre otras cosas, la posibilidad de un reemplazo rápido, capacidad de operar en espacios limitados, resistencia mecánica y – muy importante – estandarización. Los conectores bien elegidos acortan el tiempo de arranque de las instalaciones robóticas y reducen el riesgo de errores de servicio.

En este artículo presentamos soluciones de la marca HARTING que se adaptan perfectamente a las exigencias de robots como:

• pinzas,
• sensores de presencia y posicionamiento,
• transportadores,
• posicionadores,
• mesas giratorias,
• cámaras o sistemas de visión.

Además, estos conectores están diseñados pensando en la industria y automatización, por lo que también pueden emplearse en aplicaciones estrictamente relacionadas con la robótica:

• cortinas de seguridad,
• módulos E/S,
• armarios de control,
• sistemas de alimentación y control de accionamientos.

Zonas, o aplicaciones típicas de conectores

Antes de describir grupos específicos de productos, esbozaremos las zonas principales de aplicación de los conectores HARTING en robótica. Determinar el propósito general ayudará a encontrar rápidamente el grupo de productos con especificaciones óptimas. Por supuesto, esto no significa que otras familias o series de conectores o cables sean totalmente inadecuadas.

Herramienta del robot y área de la pinza

Si estos elementos están ubicados al final del brazo, serán muy importantes las dimensiones y peso de los conectores usados – estos factores afectarán indirectamente la precisión de todo el mecanismo. También son significativas la facilidad de reemplazo y la resistencia al movimiento. Los productos HARTING que mejor responden a estos requisitos son los cables y conectores M12. Para requisitos de corriente más altos, también M17.

Guías de cables y partes móviles

En otras palabras: puntos donde se conecta un controlador estático con elementos móviles actuadores. Este cableado dinámico y conectores operativos deben ser resistentes a flexiones repetidas, proteger el circuito contra tensiones y facilitar un ordenado guiado del cableado. Prácticamente todos los productos HARTING cumplen estas exigencias o pueden adaptarse para estas aplicaciones.

Base del robot, accionamientos y módulos actuadores

En estas zonas existen exigencias elevadas de capacidad de corriente, y los conectores y cables serán interfaces para alimentación, señales de control y control directo de accionamientos. Por eso sería recomendable considerar en primer lugar modelos con contactos de gran superficie de conducción, es decir, productos M17 y M23.

Conexión entre armario de control, robot y módulos de estación

Aquí se requieren resistencias típicamente industriales, tanto en parámetros eléctricos como mecánicos. También serán importantes amplias posibilidades de configuración y alto grado de estanqueidad. Esto se corresponde perfectamente con las características de los productos HDC y M23.

Desafíos clave

Independientemente del lugar específico de aplicación, los conectores y cables usados en robótica estarán expuestos a diversos factores ambientales adversos y tipos variados de carga. Hay que tener en cuenta que cada contacto, enchufe y cable debe demostrar durabilidad frente a tales condiciones.

Movimiento repetitivo y vibraciones

Robots y cobots (robot colaborativo en inglés) trabajan en ciclos repetitivos durante muchas horas al día. Cada ciclo implica movimiento de ejes, cambio de posición de cables, vibraciones y cargas mecánicas. Si los productos (piezas) usados para la conexión son mal seleccionados, las consecuencias pueden aparecer solo después de un tiempo. Estos pueden ser, por ejemplo: interrupciones de señales, fallos en sensores, paro de ejes, problemas de comunicación o necesidad de parada de emergencia.

Al diseñar la instalación y buscar componentes adecuados, hay que considerar:

• uso de cables y conectores estandarizados en aplicaciones repetitivas (facilidad de reemplazo);
• evitar tensiones en los puntos entre cable y conector y usar conectores con cables fuertemente fijados;
• longitud del cable con margen, pero sin exceso (fabricantes especializados como HARTING ofrecen cableado de fábrica en muchos tamaños).

Espacio limitado

El tamaño de conectores y cables es importante para la precisión y ergonomía del mecanismo, aunque este factor a veces está determinado por la propia construcción. Muchos componentes de un robot típico tienen espacios reducidos, y además de pinzas, ventosas, sensores, válvulas, cables neumáticos, a veces cámaras o módulos E/S extra, deben alojar conectores, cables y otros elementos de interfaces. Reducir peso y cantidad de cables en el extremo del brazo, por ejemplo con conectores adaptados a aplicaciones específicas, permitirá realizar mecanismos complejos.

Modificación, mantenimiento y escalabilidad

Una de las características más importantes de cualquier instalación de automatización es la posibilidad de escalar, modificar y realizar mantenimiento/servicio lo más rápido posible (es decir, minimizar tiempos de parada). Los conectores multifuncionales HARTING permiten construir sistemas robóticos de forma modular, por ello son fáciles de reconvertir, calibrar y actualizar.

Grupos de productos principales

Teniendo en cuenta los numerosos desafíos que enfrentan los enchufes, conectores y cables en el campo de la robótica, veamos cómo los supera la compañía HARTING, uno de los fabricantes europeos de conectores industriales más reconocidos. A continuación se presentan algunos grupos de productos que el proveedor destina específicamente a aplicaciones en automatización (entre otras).

Conectores HDC

Los conectores HDC, como su nombre indica, están protegidos contra condiciones ambientales muy difíciles. Por otro lado, tienen dimensiones y peso relativamente grandes (muchas veces con carcasa metálica). También cuentan con contactos capaces de conducir grandes corrientes. Este tipo de conectores existe en cientos de variantes tanto para alimentación como para señales.

Conectores y cables M12

Los productos HARTING en formato M12 no sólo incluyen enchufes y conectores, sino también cables prefabricados. Estos productos ofrecen una construcción compacta, sacrificando contactos de menor capacidad eléctrica (hasta 12A y 630V).

Este grupo destaca por su amplia oferta de cables prefabricados porque los conectores M12 son un estándar en muchos módulos de sensores, lo que significa que los parámetros y configuraciones están en cierto grado estandarizados. Aunque el formato M12 también se usa en configuraciones no habituales, esta estandarización parcial (especialmente en sensores y periféricos) ayuda a acelerar montaje y mantenimiento de máquinas.

Cables con conectores M12

Enchufes M12

Conectores M12

Las pequeñas dimensiones y la amplia gama de soluciones disponibles hacen que los conectores M12 se ajusten a muchas conexiones en robots:

• en la pinza,
• en sensores de posición,
• en módulos de entradas/salidas,
• en dispositivos de seguridad,
• en conexiones de comunicación.

Adaptar el robot para usar cables M12 prefabricados reduce el tiempo de montaje y reparaciones potenciales. En caso de fallo, se podrá cambiar el cable entero, lo que elimina la necesidad de diagnósticos detallados y prolongados.

Conectores M17, compromiso con amplio potencial

Los conectores M17 son una solución intermedia entre los compactos M12 y los de alta corriente M23. Son adecuados para espacios limitados y al mismo tiempo ofrecen parámetros eléctricos relativamente altos (dependiendo del modelo). En robótica, estas necesidades pueden darse en cableados para:

• módulos actuadores compactos,
• ejes auxiliares,
• elementos accesorios,
• conexiones de señal con mucha cantidad de vías.

M17 puede considerarse una solución para lugares donde la aplicación requiere una conexión más elaborada que un M12 típico pero donde el tamaño compacto sigue siendo clave.

Conectores M23 para muchas posibilidades

La característica clave de los conectores M23 es la capacidad para transmitir alimentación de alta potencia (por ejemplo, 20A, 300V) y dimensiones adecuadas para conectar señales variadas. El fabricante distingue en esta oferta los elementos Power, Hybrid y Signal. La conexión puede transmitir de forma estable alimentación, señales de control y comunicación a la vez que facilita el montaje y mantenimiento.

En robótica y automatización de estaciones, M23 se emplea para conexiones exigentes, como accionamientos, servomecanismos, codificadores, actuadores, mesas giratorias y posicionadores.

Resumen de diferencias

Finalmente, veamos cómo se presenta el resumen sugerido de grupos de productos en relación con sus zonas objetivo. Recordemos que la selección final de los elementos usados debe depender de los parámetros de la aplicación específica.