不斷增大的市場(chǎng)、壓力和機(jī)遇

桌面大小裝配手臂機(jī)器人（SCARA）和能夠與人類一起安全工作的協(xié)作機(jī)器人（collaborative robots）都屬于微型工業(yè)機(jī)器人，它們能夠使先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)擴(kuò)展到比以往范圍更廣的應(yīng)用，而且對(duì)于小型企業(yè)來(lái)說(shuō)也能夠負(fù)擔(dān)得起。易于使用的圖形編程工具也加大了市場(chǎng)動(dòng)力，能夠讓業(yè)主輕松實(shí)現(xiàn)控制，并具有很高靈活性，而無(wú)需對(duì)專業(yè)技能或培訓(xùn)進(jìn)行大量投資。

工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)正呈現(xiàn)兩位數(shù)的增長(zhǎng)，到2025年可能超過(guò)400億美元。隨著商用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)開始起飛，巨大的買方市場(chǎng)將迫使機(jī)器人供應(yīng)商生產(chǎn)更多的設(shè)備，降低設(shè)備擁有成本，并更快地推出新的功能和特性。

為了滿足這些需求，機(jī)器人制造商需要提高生產(chǎn)率，這要求減少構(gòu)建和測(cè)試產(chǎn)品的時(shí)間，從各個(gè)方面改進(jìn)效率。其中，對(duì)原有設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)并盡可能地減少零部件數(shù)量，這樣能夠確保更容易進(jìn)行組裝，從而加快制造速度，簡(jiǎn)化生產(chǎn)物流，同時(shí)在縮短調(diào)試時(shí)間、簡(jiǎn)化維護(hù)以及提高可靠性等方面帶來(lái)更多優(yōu)勢(shì)。

采用系統(tǒng)化的布線方法可最大限度地減少在整機(jī)中安裝電源、信號(hào)和I/O連接的時(shí)間，從而能夠兌現(xiàn)上述優(yōu)勢(shì)。對(duì)于無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)，高效的連接器系統(tǒng)可以提供配電組件（distribution unit），最大限度地減少電纜數(shù)量和電纜長(zhǎng)度，從而能夠降低機(jī)身重量。

工業(yè)自動(dòng)化中的布線挑戰(zhàn)

布線對(duì)于任何類型的自動(dòng)化設(shè)備（無(wú)論是機(jī)器人還是其它設(shè)備）來(lái)說(shuō)都可能是一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)。復(fù)雜的機(jī)器或裝配線可能包含有數(shù)百個(gè) I/O 或更多，并且每個(gè) I/O 都需要可靠、安全地連接到電源板或控制柜。傳統(tǒng)的硬連線包含許多高度勞動(dòng)密集型的工作，如剝線、焊接等，以及可能壓接大量的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接觸點(diǎn)。

在完成所有連接并進(jìn)行測(cè)試后，隨后需要進(jìn)行拆解以便運(yùn)輸，然后就地重新組裝。通常，這種調(diào)試必須要派遣能夠提供增值服務(wù)、訓(xùn)練有素的員工到客戶現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管理，自然會(huì)增加供應(yīng)商的間接費(fèi)用。此外，每個(gè)接線和取消布線過(guò)程都會(huì)帶來(lái)安裝不正確或連接損壞的風(fēng)險(xiǎn)，修復(fù)錯(cuò)誤會(huì)增加調(diào)試過(guò)程的時(shí)間和費(fèi)用。更糟的是，如果沒(méi)能夠在機(jī)器運(yùn)行之前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，則補(bǔ)救成本可能更高。隨后，在具有多個(gè)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的工廠中，需要機(jī)器設(shè)備在整個(gè)生命周期內(nèi)進(jìn)行日常維護(hù)和緊急故障排除，這樣可能需要斷開并重新連接數(shù)百個(gè)接觸點(diǎn)以解決出現(xiàn)的問(wèn)題。

利用模塊化連接器系統(tǒng)有助于簡(jiǎn)化機(jī)器裝配和維護(hù)，具有減少裝配時(shí)間和調(diào)試時(shí)間，以及更輕松地進(jìn)行維護(hù)和故障排除等優(yōu)勢(shì)。技術(shù)人員可以使用具有自定義配置的模塊化組件快速斷開機(jī)器，并直接插入便攜式測(cè)試設(shè)備。此外，機(jī)器設(shè)備的整體穩(wěn)定性和性能及其許多連接性能都可以提高，由于系統(tǒng)可靠性的提高和停機(jī)時(shí)間的最小化，客戶可以因更高的生產(chǎn)率而受益。此外，模塊化連接器系統(tǒng)能夠提供高靈活性和高可擴(kuò)展性，以便快速修改或擴(kuò)展機(jī)器和產(chǎn)品線。

連接器系統(tǒng)在提供方便、高效且在某些情況下重量更輕連接方案的同時(shí)，必須滿足其他標(biāo)準(zhǔn)，例如食品和飲料行業(yè)的特殊要求，這些要求包括允許使用化學(xué)品清潔，并且能夠承受嚴(yán)格的沖洗程序。其他有價(jià)值的功能可能包括支持工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的 PROFINET 快速啟動(dòng) （PROFINET Fast Startup，F(xiàn)SU） 和以太網(wǎng)/IO 快速連接（Ethernet/IO QuickConnect）等。

互連系統(tǒng)效率

Molex 的 Brad 互連系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其模塊化設(shè)計(jì)確保了高靈活性和易用性，無(wú)需特殊工具即可進(jìn)行安全組裝和拆卸。Brad連接器符合相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如NFPA 79和IEC規(guī)范，可耐受工廠和室外環(huán)境中的惡劣工作條件。

Brad M23系列能夠?yàn)橥綑C(jī)器人系統(tǒng)中的電機(jī)控制和配電提供快速模塊化連接，該系統(tǒng)包含用于信號(hào)和電源應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)配置連接器和插座，適用于前部安裝和后部安裝應(yīng)用的6極至19極配置。Brad電源連接器系統(tǒng)可提供"軟布線（soft wiring）"設(shè)計(jì)，旨在滿足機(jī)器人應(yīng)用的需求，該系統(tǒng)還包括可處理高達(dá)28A的模塊化M23電源連接器。

Brad系列還包括深受市場(chǎng)歡迎的M12螺紋格式連接器，具有卓越的EMI/RFI屏蔽和抗振性能出色的密封連接，且耐受苛刻條件的插座，以及能夠?qū)㈦娫春蛿?shù)據(jù)連接結(jié)合在一起的Brad Hybrid連接器，這種布局能夠節(jié)省空間，并縮短安裝時(shí)間。

另一方面，雖然螺紋式連接能夠提供安全可靠的互連，但如果連接器處于不易到達(dá)的位置，則在生產(chǎn)或維護(hù)期間進(jìn)行連接和斷開可能非常耗時(shí)，且具有很大的物理挑戰(zhàn)性。兼容M12的Brad Ultra-Lock 系統(tǒng)（見圖1）便于推拉連接器的應(yīng)用，能夠使傳感器、執(zhí)行器和其他控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)方便、安全、可靠的連接。

圖1：885031K03M020MicroChange M12 Chordset。（來(lái)源：Molex）.

安裝完成后，包括機(jī)器人在內(nèi)的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)可能會(huì)進(jìn)行嚴(yán)格的沖洗程序，有時(shí)需要添加苛刻或腐蝕性清潔劑，食品和飲料行業(yè)的自動(dòng)化設(shè)備就是最好的例證。而無(wú)人機(jī)和自動(dòng)駕駛車輛等移動(dòng)機(jī)器人在快速恢復(fù)使用之前，也需要使用高壓清洗機(jī)進(jìn)行頻繁的清潔。Brad Ultra-Lock 組件采用的集成式徑向密封可確保連接器、線套和配電箱處具備極高的入口保護(hù)性能（見圖2）。這些組件的額定保護(hù)等級(jí)為IP69K，可承受80±5℃、高達(dá)100bar的高壓噴水。此外，根據(jù)食品和飲料行業(yè)的要求，這些連接器沒(méi)有傳統(tǒng)M12硬線連接器中的螺紋槽，并具有光滑的不銹鋼耦合，能夠可靠地耐受清潔化學(xué)品。

圖 2：Brad M12接線套件和堅(jiān)固耐用的MPIS安全箱能夠在惡劣的工廠環(huán)境下簡(jiǎn)化布線。（來(lái)源：Molex）

在在小型機(jī)器或無(wú)人機(jī)等空間受限或必須使整體重量最小化的應(yīng)用中，支持M12的配電解決方案可減小單接線距離和主運(yùn)行電纜尺寸，并節(jié)省安裝時(shí)間。Brad多端口互連系統(tǒng)(MPIS）將傳感器/執(zhí)行器信號(hào)集中到一根主運(yùn)行電纜中，可在機(jī)器設(shè)備上實(shí)現(xiàn)更好的機(jī)械架構(gòu)布線。對(duì)于端接這些電纜，也有靈活的選項(xiàng)，包括 M16/M23連接器、現(xiàn)場(chǎng)端接螺釘端子或直接安裝配置。此外，內(nèi)置診斷電源和傳感器LED顯示有助于快速檢測(cè)設(shè)備上的機(jī)器狀態(tài)和故障。

自動(dòng)工具更改兼容性

對(duì)于較大型機(jī)器設(shè)備或具有更多I/O的應(yīng)用，主動(dòng)聯(lián)網(wǎng)Brad HarshIO模塊可以幫助使電纜集中化，并且與M12 Ultra-Lock系統(tǒng)兼容，該系列產(chǎn)品中包括尺寸僅為30mm寬的緊湊型模塊。

這些機(jī)器可安裝模塊支持所有重要的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)PLC連接和協(xié)議，包括PROFIBUS-DP、DeviceNet、CANopen、Modbus TCP、EtherNet/IP和PROFINET IO，并支持PROFINET FSU 和Ethernet/IP QuickConnect系統(tǒng)，使得它們非常適合于在高速裝配應(yīng)用中能夠自動(dòng)進(jìn)行工具轉(zhuǎn)換的機(jī)器人應(yīng)用。

FSU 和 QuickConnect 可滿足未來(lái)汽車行業(yè)的需求，其中數(shù)據(jù)通信的確立速度要快于傳統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，而每一次改變都需要更換工具。在連接新工具后，兩個(gè)系統(tǒng)都可引入額外的專用硬連線連接用于向主控制器發(fā)出信號(hào)。由于集成了支持 QuickConnect 或 FSU 所需的功能，Brad HarshIO 模塊可通過(guò)自動(dòng)工具更換機(jī)器人來(lái)簡(jiǎn)化工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用。

自動(dòng)化設(shè)備制造商正在尋求可在惡劣環(huán)境中實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效、高密度、高性能和無(wú)縫集成現(xiàn)場(chǎng)總線連接的解決方案，他們可以使用支持EtherNet/IP和PROFINET的Brad IO-Link主模塊（Master Modules），并結(jié)合IO-Link Digital Hubs.來(lái)滿足系統(tǒng)要求。這些模塊支持 IO-Link 通信標(biāo)準(zhǔn)，可將數(shù)字鏈路擴(kuò)展到傳感器和執(zhí)行器級(jí)別。通過(guò)與 Brad IO-Link 數(shù)字 IO 集線器和模擬適配器結(jié)合使用，其模塊化能力得到了進(jìn)一步增強(qiáng)。Brad IO-Link 解決方案將所有機(jī)器信息集中到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點(diǎn)，是輸送生產(chǎn)線、機(jī)器人、加油站、標(biāo)簽、貨物托盤和機(jī)械臂端工具等應(yīng)用的理想之選。

結(jié)論

市場(chǎng)機(jī)遇和商業(yè)壓力是同一枚硬幣的正反兩面。為了更充分地利用目前蓬勃發(fā)展的高級(jí)機(jī)器人自動(dòng)化市場(chǎng)機(jī)遇，供應(yīng)商必須應(yīng)對(duì)更大商業(yè)壓力，降低單位成本和維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)保證更高可靠性和更高性能。

專為快速調(diào)試復(fù)雜機(jī)器和機(jī)器人系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的模塊化電源和連接解決方案對(duì)于實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)可發(fā)揮關(guān)鍵作用。除了能夠減少生產(chǎn)線上的人工外，工業(yè)機(jī)械和自動(dòng)化系統(tǒng)的電氣調(diào)試時(shí)間可縮短80%，總體安裝成本可降低50%。同時(shí)，更小的尺寸和更輕的重量能夠?yàn)闊o(wú)人機(jī)和自動(dòng)駕駛車輛等移動(dòng)機(jī)器人提供重要優(yōu)勢(shì)。此外，未來(lái)幾代小型和敏捷機(jī)器人設(shè)計(jì)可將高級(jí)自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)擴(kuò)展到更廣泛的客戶群，這其中包括從事小型和空間受限產(chǎn)品的公司。