从微型化模块化开始，工业机器人连接器系统如何升级

电子发烧友网报道（文/李宁远）想要在工厂内实现更多自动化的功能，成规模的工业机器人应用必不可少。从汽车和飞机制造到制药行业，再到物流和金属加工行业，新一代的一流工业机器人可以胜任更为复杂的任务，应用数量不断增长。

目前，工业机器人对多功能、灵活和智能末端工具的需求很大，这些设计需要坚固、高速和可靠的连接，同时连接系统要以尽可能快的速度收集和传输来自机器人及其制造环境的大量数据点，以便系统做出及时的控制。另一方面，如何选择连接来保护电力和数据流以应对各种挑战也颇为头痛。

机器人连接的小型模块化风向

电源、数据和信号传输接口连接等基础技术是实现工业机器人可靠连接系统的基础。我们先看重载连接器HDC。作为工业连接器中相当有分量的一类连接器，重载连接器在工业自动化、设备制造和工业系统楼宇以及信息和控制技术等众多领域中很常见，用来应付环境最严苛的场景。重载连接器被用以解决工业机器人中的电气和信号设备连接，模块化的重载连接器是现在机器人应用的主流选择，这种分模块先设计好，然后快速连接到一起的方案远比普通的连接方案来得实用。

借助模块化系统，重载连接器可将各种电力、信号和数据传输技术组合在一起（RJ45、D-Sub、USB、Quint、光纤），大大节省连接尺寸。借助模块化节省的连接器体积其实是非常关键的，尤其是在工业机器人往协作机器人发展的现今。协作机器人讲究灵活性，模块化的连接器不仅降低了成本，更小的连接组件、更少的接口设计灵活度上也更高。

模块化的前提是保证传输密度，在更少的接口和组件上实现相同的信号、数据传输，甚至是达到超出原有设计的更高的传输密度。更高的传输密度取决于单个模块中的信号端子密度，以TE的重载连接器为例，重载连接器在单个模块中提供高密度48 个引脚的信号端子，6 个模块组成的完整连接器则是288个信号端子，比以前的信号端子多出了三分之一。在机器臂末端夹具上，高密度的触点结构大大提升了机械的电气性能，实现机器人的精确控制。

（模块化HDC，TE）

机器人传感系统里常用到的M12连接器，也走小型化模块化的发展路线。电源、信号、数据的传输，公插针和母插针组合在一个模块中，大大减少每个单元所需的接口数量。与以前相比，连接件变得更小、更轻，可以将更多的模块装入一个完整的连接器中。

（与高带宽M12相结合的信号插针模块，HARTING）

机器人厂商能够在连接器上配置上进行灵活的选择，甚至根据各自需求对连接器进行拓展定制。这种趋势下，连接器不仅实现电源、数据和信号的安全无差错传输，还为用户提供了额外的附加值。

确保机器电气性能增强屏蔽保证无干扰传输

机器人整个系统的连接一方面涉及电力、信号和通信，另一方面涉及相关的互连，包括混合类型的互连。小型化的发展解决了一部分互连系统的可靠性问题，主要是物理特性上的可靠性。另一面，互连的数据对EMI特别敏感，10Gb/s的工业以太网就是如此，必须通过连接器的屏蔽来保持系统的电气性能。

一般来说，最薄弱的环节在以太网线缆的末端，也就是连接器上，也就是RJ45连接器和工业Mini I/O连接器这两个工业以太网连接器上。工业机器人其实对这类连接的要求很多，不仅要更简单、更小的电缆，还要能在更高带宽下进行通信，同时还得降低整个连接组件的重量使机器人更容易移动。

现在机器人应用上的RJ45连接都会设置360°EMC 保护功能，将屏蔽增强到最高。有些额外经过优化的RJ45，会使用三线扼流圈，将PoE和信号之间干扰降到几乎没有，提供更出色的信号完整性还能防止饱和，减少连接上的传输错误。

Mini I/O连接器同样如此，从材料选取上就开始提升物理可靠性，双接触点的接触设计减少了不必要的间接通信损失。通过信号路径设计优化了EMI和信号完整性，360°的屏蔽保证了下一代CAT 6A的高速传输，确保整个机器人电气系统不受干扰。以便系统在大量的数据下做出对机器人及时的控制。

小结

工业机器人的整体连接系统现在看重小型化、可靠性、灵活性。模块化的设计趋势下，连接组件的各种灵活搭配在节省更多空间的同时做到了更高的传输密度。更多优化信号完整性技术的应用与全屏蔽设计保证了海量数据的完整传输，连接系统的发展趋势正好顺应了工业机器人升级的趋势。