Conectores de señal y alimentación adecuados para aplicaciones robóticas y otras aplicaciones industriales de alta densidad

Las fábricas inteligentes están cada vez más automatizadas mediante inteligencia y control descentralizados, utilizando conceptos de máquinas robóticas modulares. Esta distribución física de las funciones de control requiere una conectividad mediante hilos y cables que garanticen unos conectores fiables y seguros, a la altura de las exigencias medioambientales de la fábrica moderna. Estos conectores deben tener una baja resistencia, una superficie de contacto adecuada para manejar sus corrientes nominales y mecanismos de bloqueo fuertes para resistir vibraciones y golpes. Además, deben ser fáciles de montar y modificar, permitiendo actualizaciones y cambios rápidos.

En este artículo se ofrece un breve resumen de las exigencias de conectividad de los robots industriales y la automatización de fábricas. A continuación, presenta una serie de conectores de TE Connectivity AMP y muestra cómo pueden aplicarse sus características para satisfacer las necesidades de potencia, señal, fiabilidad y seguridad de estas aplicaciones.

¿Qué es una fábrica inteligente?

Una fábrica inteligente es una instalación integrada que utiliza máquinas, robots y sensores locales interconectados digitalmente para el control, la recopilación de datos en tiempo real, el análisis y la toma de decisiones (Figura 1). Estas fábricas están cada vez más descentralizadas y son cada vez más modulares, lo que permite reconfigurarlas fácilmente para satisfacer las cambiantes necesidades de producción. La organización modular favorece el control local y las máquinas más pequeñas para aumentar la flexibilidad de la producción.

Figura 1: La fábrica inteligente emplea máquinas conectadas en red, robots y sensores interconectados para garantizar un funcionamiento eficiente. (Fuente de la imagen: TE Connectivity AMP)

Estas instalaciones utilizan estaciones de trabajo modulares equipadas con robots independientes o colaborativos (cobots). Los robots móviles, como los vehículos de guiado automático (AGV) o los robots móviles autónomos (AMR), trasladan productos entre estaciones de trabajo. Los AMR y los AGV tienen la ventaja sobre los robots estacionarios de que son muy móviles y pueden girar y desplazarse entre estaciones de trabajo. Con AGV, AMR y cobots trabajando juntos, una línea de producción puede tener diferentes tareas llevándose a cabo dentro de células separadas. Los robots pueden pivotar entre estaciones de trabajo o reasignarse según sea necesario, mejorando así la eficiencia general. Estas estaciones de trabajo suelen estar situadas en entornos difíciles, por lo que los diseñadores deben tener en cuenta que los robots y otras máquinas automatizadas pueden estar expuestos a altas temperaturas, humedad, polvo, productos químicos corrosivos, así como a golpes y vibraciones.

Los sensores supervisan todas las operaciones. Dependiendo del diseño, los sensores pueden ser cableados o inalámbricos. Los sensores inalámbricos se conectan generalmente a través del Internet Industrial de las Cosas (IIoT). Los robots móviles también se supervisan y controlan mediante la IIoT.

Como es habitual en los sistemas electrónicos, la tendencia del sector es hacia robots, máquinas, sensores y controladores más pequeños. Su reducido tamaño y peso se traducen en menores requisitos de potencia y más espacio disponible para aumentar la producción. También se traducen en placas de circuito impreso (placas CI) más pequeñas, que requieren componentes de gran eficiencia volumétrica.

Conectores de alimentación y señal flexibles y fiables

Los conectores, ya sean de cable a cable, de cable a placa o de cable a panel, deben transportar de forma fiable las señales de alimentación y control. Los conectores más pequeños permiten una separación más estrecha y un paso de conductores más fino.

El diseño modular, por definición, es flexible; por tanto, las soluciones de conectores deben ser tan adaptables como el sistema automatizado. En consonancia con la necesidad de flexibilidad, los conectores deben estar diseñados para garantizar un bloqueo seguro y cómodo que evite tanto los errores de acoplamiento durante el montaje como los desenchufes accidentales provocados por golpes y vibraciones.

Los conectores de la serie Dynamic de TE Connectivity AMP están diseñados para satisfacer las necesidades de los circuitos industriales de señal y potencia que requieren alta densidad. Los conectores cumplen estos requisitos a través de varias series de conectores, que admiten corrientes de 2.6 a 100 amperios (A) y tensiones de 125 a 1000 voltios. En función de los valores nominales de corriente y tensión, estos conectores ofrecen interconexiones de alta densidad con pasos de conductor de 1.8 a 24.5 milímetros (mm).

Los conectores Dynamic más compactos son los de la serie Mini. Destinada a aplicaciones de cable a placa, esta serie tiene un paso de contacto de 1.8 mm y está disponible con un número de pines de 12, 16 y 20 posiciones. Admiten tamaños de cable de 22 a 26 AWG y tienen una capacidad nominal de 250 voltios CA (VCA) a 3 A.

Un ejemplo es el 1-2834461-2 (figura 2, arriba), una carcasa de receptáculo de 12 contactos con los contactos dispuestos en doble fila con una separación entre filas de 2.75 mm. El conector mide 19.3 mm de largo, 15.7 mm de ancho y 8.35 mm de alto.

Figura 2: Se muestran los elementos de un receptáculo de cable a placa Dynamic Mini de 12 pines (arriba) y un cabezal (abajo). (Fuente de la imagen: TE Connectivity AMP)

La carcasa del receptáculo está equipada con contactos de receptáculo 2834464-5 de TE Connectivity AMP. Se trata de terminales crimpados de aleación de cobre estañado que admiten cables de 26 AWG. Tienen una capacidad nominal de 3 A a una tensión de trabajo de 250 V_CA o 125 V_CC. Cada contacto utiliza una lanza de bloqueo para anclarse en la carcasa. Además, la carcasa incorpora una cerradura secundaria empotrada para proporcionar una capa adicional de seguridad al mecanismo de bloqueo del terminal de contacto.

El receptáculo se acopla con el 1-2834465-2, un cabezal de montaje en superficie de 12 pines (Figura 2, abajo). El cabezal tiene una longitud de 19.3 mm, una anchura de 12.3 mm y una altura de sólo 8.7 mm. El cabezal incluye pines de contacto estañados, transversales y cuadrados que están totalmente recubiertos.

El par de conectores está enchavetado para evitar una inserción incorrecta y cuenta con un pestillo de bloqueo que proporciona una respuesta audible y táctil cuando el receptáculo y el cabezal están completamente encajados. El pestillo está hundido por debajo de la parte superior del conector para evitar que se suelte accidentalmente. Las clavijas laterales proporcionan soporte mecánico al travesaño.

El menor tamaño y la mayor fiabilidad de los conectores de la serie Mini satisfacen los requisitos no solo del entorno industrial, sino también de otras aplicaciones como la robótica y la automoción, que requieren una mayor resistencia a las vibraciones.

Conectores para mayor corriente

El tamaño del conector aumenta para adaptarse a la necesidad de manejar corrientes más altas. Los conectores Dynamic D1000 Slim (Figura 3) llenan el nicho para el rango de corriente inmediatamente superior. Por ejemplo, el 1-2366600-4 es un alojamiento de clavija de dos filas y cuatro posiciones con un paso entre contactos de 2.7 mm y una separación entre filas de 2 mm. Esta caja de enchufe se acopla con la caja de receptáculo 1-2366515-4 para una conexión en línea de cable a cable. Al igual que los conectores de la serie Mini, el D1000 incluye un pestillo con respuesta audible y táctil para garantizar un enganche positivo. Hay disponibles contactos de engaste de receptáculo y de lengüeta, que admiten tamaños de cable de 22 a 30 AWG. El conector D1000 está preparado para una corriente máxima de 8.3 A, dependiendo del calibre del cable seleccionado.

Figura 3: Se muestra el montaje de un conector cable a cable D1000 Slim de cuatro posiciones. (Fuente de la imagen: TE Connectivity AMP)

Las carcasas están disponibles con chavetero horizontal o vertical para garantizar un acoplamiento correcto. El conjunto de conectores acoplados mide 21.5 mm de largo, 7.2 mm de ancho y 8.9 mm de alto. Las carcasas están claramente etiquetadas con la identificación de la fila y el tipo de llave para minimizar los errores de configuración y cableado (Figura 4).

Figura 4: Se muestran las marcas de identificación de la fila y de orientación de la llave utilizadas para las carcasas D1000 Slim. (Fuente de la imagen: TE Connectivity AMP)

Instalación del campo

La serie Dynamic incluye una amplia gama de tipos de conectores, además de versiones con contacto de crimpado. También existen conectores de jaula o de resorte, como los de la serie D-2970 (figura 5). Los conectores de pinza elástica, a diferencia de los conectores de contacto de crimpado, son fáciles de instalar o modificar en el lugar. Los cables, sin el aislamiento de los extremos, se introducen en el orificio de entrada de cables del cuerpo del conector, donde una abrazadera con resorte engancha el cable y lo bloquea en su sitio. Un botón de liberación permite retirar el alambre insertado. No se necesitan herramientas para conectar o desconectar el conector.

Figura 5: Los conectores de cable a placa de la serie D-2970 pueden cablearse sin necesidad de herramientas, simplemente insertando un cable pelado en el puerto de entrada de cables. (Fuente de la imagen: TE Connectivity AMP)

Entre los ejemplos de la serie D-2970 se incluye el 2336491-4, un cabezal de cuatro contactos y una sola fila que se acopla con el conector de receptáculo de cuatro posiciones 2336488-4 para el ensamblaje de cable a placa de circuito impreso. El par de conectores presenta un paso de contacto de 5 mm y admite cables de 14 a 24 AWG, capaces de gestionar un máximo de 14 A en función del calibre del cable seleccionado. Pueden soportar tensiones de hasta 300 V.

El cabezal mide 22 mm de ancho, 34 mm de profundidad y 18.7 mm de alto, mientras que el receptáculo mide 24.9 mm de ancho, 14.8 mm de profundidad y 9.8 mm de alto.

Conclusión

Los conectores industriales de alimentación y señal para robótica y automatización de fábricas deben seleccionarse cuidadosamente para garantizar la fiabilidad, seguridad, flexibilidad e integridad de la señal. Los conectores de la serie AMP Dynamic de TE Connectivity permiten a los diseñadores elegir entre una amplia gama de configuraciones de patillas, destacando características como alta densidad, carcasa con llave, marcas claras, capacidad de bloqueo, resistencia a golpes y vibraciones y tamaño compacto.