工业机器人本体的线缆和气管在设计和装配时除了保证功能无障碍、不限制机器人运动外,还需要满足环保、阻燃、耐油、耐高低温、 耐扭曲、高柔软、高耐磨、抗干扰等寿命性能,以及外观美观、装配易操作、易维护等安装维护要求。合理的电缆和气管选型、布置,不仅能大幅减少故障问题,还可大幅缩短安装、维修工时,提高生产和维修效率。
(1)布线原则
线束布置需要结构简单、拆装方便、布局美观、固定保护良好等。线束布置需考虑线束原理、尽可能使线束路径***短,在线束中尽量采用模块化设计、减少回路,主要布置原则有线束可靠性、线束美观性、装配及检修性、电磁干扰防护等。
(2)本体布线设计流程
线路布置:线固定点分布、线径线长参数、线束示意模型图
方案选型:线束保护、本体连接方案、连接器设计选型
线束装配:各组件的线束连接及装配要求。
(3)布线型式
工业机器人的本体线束固定方式可以采用卡子、扎带、抱箍、线槽、支架等多种方式,通过钣金件与本体固定在一起。
其中,当线束通过密封腔体时,需要使用过孔橡胶件来安装线缆。通常将过孔橡胶件穿过密封腔体开设的过孔,可以防止线束与孔壁发生磨损或碰撞冲击,同时还可以起到防水、防尘和隔绝噪声的作用。过孔橡胶件的可选材料有天然橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶和三元乙丙橡胶等,但是三元乙丙橡胶应用更广泛,具有成本更低、耐老化***、弹性好。天然橡胶物理机械性能优良,但是耐油和耐溶剂特性不好,耐温性不高,使用温度一般低于100℃;硅橡胶是***好的耐高温和耐寒橡胶,但是机械强度低、耐油和耐溶剂特性差;氯丁橡胶物理性能不次于天然橡胶,但耐寒性差、电绝缘性能不好。
此外,当线束通过密封腔时,还可以用中空筒的方式,让线束从中空部分穿过,密封腔靠中空筒的周壁保持防护等级。这种场合通常用于中空走线的1轴、4轴、6轴等,这需要在机械结构上配合使用,比如换用中空减速器、采用偏置电机等方式。
需要注意的是,使用电缆扎带是很不推荐的解决方案,因为很容易将它扎得太紧,这会对电缆和护套造成内部损坏,这种损坏很难从外部观察到。
工业机器人的本体线束保护方式通常采用弹性件在固定点位包裹、防护外套整体包覆线束。其中,固定点位的线缆需要用弹性材料包裹,然后再将外侧用防护材料包裹 (如波纹管、软管或防火布),***后用金属夹或者钣金固定在与本体连接的钣金支座上。弹性材料一方面可以在钣金作用下产生弹性力,达到紧固线缆的作用,另一方面可以防止线套胶皮与钣金金属件边缘摩擦损坏线束。
图1 波纹管走线
图2 软管包覆
图3 防火布包覆
图2 软管包覆
图3 防火布包覆
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