为机器人和其他高密度工业应用配套信号和电源连接器

作者：Art Pini
来源：DigiKey

智能工厂正在通过去中心化的智能和控制，利用模块化机器人概念，不断提高自动化程度。控制功能的这种物理分布要求通过电线和电缆进行连接，连接器要足够可靠和安全，以与现代工厂的环境要求相匹配。这些连接器必须具有足够低的阻抗、足够大的接触面积以应对额定电流需要，并采用强大的锁定机制以抵抗振动和冲击。此外，它们必须易于组装和改动，能够快速进行更新和改造。

本文首先简要介绍了工业机器人和工厂自动化的连接需求，然后介绍了 TE Connectivity AMP 的连接器系列，并展示了如何运用这些连接器的特性来支持这些应用的电源、信号、可靠性和安全性需求。

什么是智能工厂？

智能工厂是一种综合设施，利用数字互联的机器、机器人和本地传感器进行控制、实时数据收集、分析和决策（图 1）。这种工厂正变得越来越去中心化和模块化，可以很容易地重新配置，以满足不断变化的生产需求。模块化组织有利于本地控制和小型机器部署，以提高生产灵活性。


图 1：智能工厂采用联网机器、机器人和互联传感器来确保高效运行。（图片来源：TE Connectivity AMP）

这些设施使用模块化工作站，配备独立或协作机器人。有各式移动机器人，如自动导引车 (AGV) 或自主移动机器人 (AMR)，在工作站之间移动产品。与固定式机器人相比，AMR 和 AGV 的优势在于移动性强，可以在工作站之间旋转和移动。通过 AGV、AMR 和协作机器人的协同工作，一条生产线可以在不同的单元内执行不同的任务。机器人可根据需要在工作站之间移动或重新分配，从而提高整体效率。这些工作站经常位于恶劣的环境中，因此设计人员必须考虑到机器人和其他自动化机器可能会暴露在高温、潮湿、灰尘、腐蚀性化学品以及冲击和振动的环境中。

传感器监控所有操作。根据设计，传感器可以是有线的，也可以是无线的。无线传感器通常通过工业物联网 (IIoT) 连接。移动机器人也可使用 IIoT 进行监控。

与典型的电子系统一样，行业的发展趋势是机器人、机器、传感器和控制器的小型化。由于体积小、重量轻，因此电力需求更低，可用空间更大，从而提高了生产率。此外，印刷电路板的体积也更小，这就要求元件具有更高的体积效率。

灵活可靠的电源和信号连接器

无论是线对线、线对板还是线对面板，连接器都必须可靠地传输电力和控制信号。连接器越小，间距越近，导体间距也越细。

模块化设计的目的就是获得灵活性；因此，连接器解决方案必须与自动化系统具有同样的适应性。为了满足灵活性的需要，连接器的设计必须确保能够进行安全和方便的锁定，以防止装配时错配以及因冲击和振动造成意外拔出。

TE Connectivity AMP 的 Dynamic 系列连接器专为满足需要高密度的工业信号和电源电路的需求而设计。这些连接器通过多个连接器系列满足了这些要求，可处理的电流范围为 2.6 至 100 安培 (A)，电压范围为 125 至 1000 伏特。根据额定电流和电压的不同，这些连接器可提供高密度互连，导体间距从 1.8 毫米到 24.5 毫米 (mm) 不等。

最紧凑的 Dynamic 连接器是 Mini 系列。该系列适用于线对板应用，触头间距为 1.8 mm，针数为 12、16 和 20。可接受 22 至 26 AWG 的导线，额定电压为 250 伏 AC (VAC)，电流为 3 A。

例如，1-2834461-2（图 2，上）是一种 12 触头插座外壳，触头呈双列排列，列与列之间的间距为 2.75 mm。连接器长 19.3 mm，宽 15.7 mm，高 8.35 mm。


图 2：所示为 12 针 Dynamic Mini 线对板插座（上）和针座（下）的元件。（图片来源：TE Connectivity AMP）

插座外壳装有 TE Connectivity AMP 2834464-5 插座触头。这些是镀锡铜合金压接导线端子，可接受 26 AWG 导线。其额定电流为 3 A，工作电压为 250 VAC 或 125 VDC。每个触头都使用一个锁紧片将自己固定在外壳中。此外，外壳还配有嵌入式副锁，为触头端子的锁定机构提供额外的安全保护。

插座与 1-2834465-2 连接，这是一个 12 针表面贴装针座（图 2，下）。针座的长度为 19.3 mm，宽 12.3 mm，高仅 8.7 mm。针座包括方形截面镀锡触针，采用全遮罩结构。

这个连接器对带有键控，可防止错误插入，并配有一个锁定闩，在插座和针座完全接合时提供声音和触觉反馈。锁闩设在连接器顶部下方凹陷处，以防止意外解锁。侧钉为针座提供机械支撑。

Mini 系列连接器尺寸更小、可靠性更高，不仅能满足工业环境的要求，还能满足机器人和汽车等对抗振性要求更高的其他应用。

用于更大电流的连接器

只有增加连接器的尺寸才能处理更大的电流。Dynamic D1000 Slim 连接器（图 3）填补了更大电流范围的空白。例如，1-2366600-4 是一种双列四针位插头外壳，触头间距为 2.7 mm，列间距为 2 mm。该插头外壳可与 1-2366515-4 插座外壳配合使用，实现线对线直插连接。与 Mini 系列连接器一样，D1000 包括一个具有声音和触觉反馈的闩锁，以确保有效咬合。插座和凸片压接触头均可提供，可连接导线规格从 22 AWG 到 30 AWG 不等。D1000 连接器的最大额定电流为 8.3 A，具体取决于所选线规。


图 3：所示为一个四针位 D1000 Slim 线对线连接器组件。（图片来源：TE Connectivity AMP）

外壳有水平或垂直键位可供选择，以确保正确配接。配套连接器组的长度为 21.5 mm，宽为 7.2 mm，高为 8.9 mm。外壳上清楚地标有列标识和键类型，以最大限度地减少配置和接线错误（图 4）。


图 4：所示为用于 D1000 Slim 外壳的列标识和键方向标记。（图片来源：TE Connectivity AMP）

现场安装

Dynamic 系列除压接式连接器外，还包括多种类型的连接器。如 D-2970 系列（图 5）笼式或弹簧夹式连接器。与压接触头连接器不同，弹簧夹连接器易于现场安装或改造。将去掉末端绝缘层的导线插入连接器主体的导线入口，弹簧夹就会夹住导线并将其锁定。通过释放按钮可以取出插入的导线。无需工具即可完成连接器接线或拆线。


图 5：线对板 D-2970 系列连接器无需工具，只需将剥皮后的导线插入导线入口即可完成接线。（图片来源：TE Connectivity AMP）

D-2970 系列包括 2336491-4 四触头单列针座，可与 2336488-4 四针位插座连接器配接，用于线对板组件。该连接器对的触头间距为 5 mm，可容纳 14 至 24 AWG 导线，根据所选导线规格，最大可处理 14 A 的电流。其额定电压最高可达 300 V。

针座宽 22 mm、深 34 mm、高 18.7 mm，插座宽 24.9 mm、深 14.8 mm、高 9.8 mm。

结语

用于机器人和工厂自动化的工业电源和信号连接器必须经过精挑细选，以确保可靠性、安全性、灵活性和信号完整性。TE Connectivity AMP Dynamic 系列连接器为设计人员提供了广泛的引脚配置选择，具有高密度、键控外壳、清晰标记、锁定功能、抗冲击和振动以及紧凑尺寸等多种特性。