Le câblage suit l'utilisation de plus en plus flexible des robots

Fonctionnalité et fiabilité dans les situations exiguës

Bekabeling robots foto 1 — Les robots sont de plus en plus puissants, compacts et fonctionnels; le câblage doit suivre cette tendance (photo: Murrelektronik)

Les robots sont de plus en plus utilisés dans les processus de production, souvent sur des lignes déjà existantes qui n'ont pas été conçues pour cela à l'origine. Une conséquence logique est l'apparition fréquente de situations exiguës dans lesquelles les cobots, en particulier, doivent fonctionner et donc être connectés. Par conséquent, le câblage nécessaire doit prendre en charge de plus en plus de fonctionnalités tout en étant suffisamment flexible et fiable.

Plus petit et plus fin

Les cobots, en particulier, deviennent de plus en plus puissants et souvent plus compacts. Ils peuvent donc être intégrés avec plus de souplesse dans les lignes de production, y compris celles qui n'ont pas été conçues pour eux à l'origine. Il en résulte une multitude de situations où les cobots sont déployés dans des endroits plutôt exigus, avec juste assez d'espace pour effectuer les mouvements requis.

Le câblage du robot doit donc être suffisamment souple pour s'adapter à ces espaces souvent limités. Du fait de la conception plus compacte de nombreux robots et cobots, le câblage interne dispose souvent de moins d'espace qu'avant et doit donc avoir des propriétés adaptées. En outre, la fonctionnalité des robots s'est considérablement accrue ces dernières années. Pensons aux mouvements plus complexes qui exercent une pression supplémentaire sur les câbles, mais aussi à la collecte et à la transmission d'un grand nombre de données de processus.

Ces opérations passent souvent par le même câble que celui de l'alimentation en énergie. Cela facilite l'installation mais nécessite un câblage adapté, capable de mieux supporter des virages serrés et une torsion plus importante. Pour permettre le mouvement le long de l'axe longitudinal, les câbles des robots sont construits très différemment des autres câbles. Cela commence au niveau de la mise en faisceau et cela se poursuit avec l'isolation des conducteurs et l'incorporation dans le câble de films spéciaux visant à augmenter la résistance à la torsion. Dans le cas des robots utilisés pour le soudage, il faut également tenir compte de la nécessité d'une résistance aux étincelles de soudage. La plupart des câbles sont également ignifugés et résistants aux UV.

Un autre défi est l'augmentation de la tension et de la densité des données, notamment en raison de l'automatisation poussée et du partage plus intensif de diverses données, y compris sans fil. Le risque d'interférences électromagnétiques (IEM) s'en trouve fortement accru. Les câbles doivent donc y être de plus en plus résistants, ce qui nécessite parfois des solutions créatives.

Bekabeling robots foto 2 — Les câbles de robot sont construits différemment des autres câbles. Cela commence au niveau de la mise en faisceau et cela se poursuit avec l'isolation des conducteurs et l'incorporation dans le câble de films spéciaux visant à augmenter la résistance à la torsion (photo: Helukabel)

Des solutions fiables

Revenons un instant sur ce dernier aspect. En raison de l'augmentation considérable de la tension et de la densité des données, les câbles doivent souvent être compatibles avec l'électromagnétisme ou, en d'autres termes, ne pas être affectés par les nombreux signaux émis dans les halls de production.

En général, cette menace peut être contrée par la conception de câbles blindés à paires torsadées. Une paire torsadée est un câble à deux fils dont les conducteurs sont enroulés l'un autour de l'autre spécifiquement pour éviter les interférences électromagnétiques. Ce genre de câble n'a pas de zone de boucle dans un champ d'interférence électromagnétique (homogène), de sorte que le champ d'interférence ne peut pas induire de tension d'interférence dans le câble. Ici, la tension d'induction générée dans une boucle est contrecarrée par le demi-enroulement suivant où les veines sont disposées différemment. En outre, le signal est transmis de manière différentielle afin d'éliminer les interférences capacitives. Plus il y a d'enroulements, moins il y a de risques d'interférences électromagnétiques.

Ces câbles sont en outre blindés par une gaine métallique tressée (braid) qui offre une protection contre les interférences jusqu'à plusieurs MHz. En outre, il est possible d'ajouter une bande métallique pour dévier les fréquences plus élevées. Ces protections ne doivent en aucun cas être endommagées, car la moindre pliure peut annuler l'effet protecteur. De plus, la transition entre le câble et le connecteur constitue le maillon faible de la protection.

Dans de nombreux cas, les câbles doivent être compatibles avec l'électromagnétisme en raison de l'augmentation considérable de la tension et de la densité des données

Une telle solution rend le câble moins flexible. Il devient donc moins maniable, mais dans la plupart des cas, ce n'est pas un problème insurmontable. La plupart des câbles de robot résistants aux interférences électromagnétiques ont un angle de torsion d'environ 360°, ce qui est généralement plus que suffisant. Cependant, on observe de manière générale une nette tendance aux câbles ayant un rayon de courbure plus petit. En fonction de la taille, les câbles les plus récents ont parfois un rayon de courbure minimal de seulement quatre fois le diamètre extérieur.

Un autre inconvénient lié aux interférences électromagnétiques est que les gens ont tendance à utiliser des câbles différents pour les divers types de données. Par conséquent, il arrive souvent que plusieurs câbles doivent passer par le tuyau, ce qui crée un risque d'enchevêtrement des câbles et exerce des forces de traction supplémentaires sur les câbles. Les fabricants développent donc des câbles de plus en plus fins et légers, qui occupent ainsi moins d'espace dans les tuyaux de câble et réduisent le poids total de l'application.

Kabels robots foto 3 — D'une manière générale, la tendance est aux câbles à faible rayon de courbure (photo: Kuka)

Cependant, les utilisateurs finaux souhaitent de plus en plus envoyer une quantité croissante de données par le même câble. De plus, ces données sont de préférence envoyées par le même câble que l'alimentation électrique. Les fabricants misent donc fortement sur cette évolution et toutes sortes de protocoles, tels que IO-Link, répondent à ce besoin et facilitent ce transfert de données. Il est ainsi possible, avec un seul câble combiné à de l'air comprimé, de munir l'outil robotisé des capteurs et des actionneurs adéquats, sans devoir installer un faisceau de câbles le long du robot.

Les robots sont également utilisés dans des conditions plus extrêmes, notamment en termes de température. Une autre innovation dans le câblage connexe est donc la plage de température, qui est systématiquement étendue à la fois vers le haut et vers le bas. Cela augmente considérablement la durée de vie des câbles dans de nombreuses applications et garantit la fiabilité de l'installation.

Une dernière solution est l'utilisation de dresspacks et de protection des câbles. Cette solution est encore parfois omise, alors qu'elle permet d'augmenter la productivité et surtout la fiabilité. Elle prolonge considérablement la durée de vie des installations, ce qui se traduit également par une exploitation plus rentable des robots dans la production.

Foto kabels robots 4 — Il faut parfois chercher un peu pour déterminer l'itinéraire optimal pour le tuyau du câble (photo: Universal Robots)

Des défis persistants

Il reste cependant certains problèmes pratiques auxquels les fabricants de robots n'accordent pas encore suffisamment d'attention. Par exemple, les valves pneumatiques sont parfois déjà intégrées dans le bras, ce qui n'est généralement pas le cas avec les marques courantes de cobots. L'ensemble du câblage et des équipements pneumatiques doit alors être installé à l'extérieur du bras. Pour ce faire, on utilise un tuyau d'alimentation flexible, mais aucune fixation standard n'est prévue pour ces tuyaux.

Une solution pragmatique consiste donc à utiliser des bandes Velcro pour fixer le tuyau de câble. Cette solution n'est pas toujours fiable ni sûre pour l'utilisateur. Dans certains cobots, le bras n'est pas cylindrique mais conique, par exemple, de sorte que ces bandes glissent facilement.

Les utilisateurs finaux souhaitent de plus en plus envoyer une quantité croissante de données par le même câble

Foto kabels robots 5 — Il arrive qu'on oublie encore les dresspacks et la protection des câbles alors qu'ils augmentent la productivité et surtout la fiabilité (photo: Fanuc)

En outre, Il faut parfois chercher un peu pour déterminer l'itinéraire optimal pour le tuyau du câble. Compte tenu des limites de la liberté de mouvement du tuyau de câble, il faut souvent que les limites des différents axes soient déjà définies correctement. Aucun outil d'aide n'est actuellement disponible pour déterminer la trajectoire optimale.

Pour de nombreux robots et cobots, l'utilisation de changeurs d'outils (automatiques) se développe rapidement. Cela permet un changement rapide et flexible des pinces, ce qui augmente considérablement la fonctionnalité de l'installation. Dans de telles situations, ce câblage doit évidemment pouvoir être déconnecté facilement et rapidement. En outre, il ne doit pas y avoir de risque de connexion incorrecte en cas de prises multiples. Les fabricants de pinces sont donc fortement engagés dans le développement de changeurs d'outils (universels), où il suffit d'encliqueter la pince dans le raccord. Bien sûr, en cas d'utilisation d'air comprimé, il faut encore raccorder les câbles nécessaires.

En collaboration avec Fanuc, Helukabel, KoMotion, LAPP, Murrelektronik et Turck Multiprox