Ideales para aplicaciones que exijan robustez y tamaño reducido, como la robótica no industrial

Están surgiendo nuevas oportunidades para los robots pequeños y asequibles en sectores como fabricación, distribución, seguridad, atención sanitaria y hogar. Los robots económicos, con capacidad de aprendizaje y colaborativos pueden trabajar ahora de forma segura junto a las personas en fábricas o áreas de envasado, los robots móviles asumen las pesadas tareas de recogida y transporte en centros de distribución, y pronto robots itinerantes o aéreos podrían realizar entregas de manera autónoma. En el ámbito sanitario, las tecnologías robóticas se aplican en cirugía remota y para controlar extremidades prostéticas. Los propietarios de viviendas ya están coexistiendo con pequeños robots encargados de aspirar el polvo y cortar el césped, mientras que la introducción de asistentes digitales en el hogar podría dar lugar a una ayuda robótica más sofisticada en el hogar del futuro.

Sabemos que la disponibilidad de unos CI procesadores cada vez más potentes y de menor precio con cada generación, gracias a la ley de Moore, es un importante factor que contribuye al desarrollo de una robótica asequible y flexible. Pero a medida que estos avances permiten que las máquinas sean más pequeñas, de mayores prestaciones, más hábiles y móviles, hardware como el cableado y los conectores deben cumplir las especificaciones con exactitud.

Tamaño, peso y otros aspectos
Los conectores Nano-D son ampliamente utilizados por los ágiles robots de hoy en día. Los fabricantes pueden ofrecer productos versátiles, pequeños y ligeros, que ofrecen una buena seguridad y robustez. El paso estrecho de 0,64mm entre patillas y varias configuraciones permiten a los ingenieros escoger conectores multivía desde solo unas patillas hasta más de 60 y en formatos de baja altura y una sola fila o estrecho de doble fila. También suele haber una amplia variedad de conectores para montaje sobre placa o para montaje sobre circuito flexible, montaje sobre panel, cable a placa, cable a cable, y otras opciones de montaje como extremo vertical o recto y montaje superficial o para soldadura por inserción.

Aunque existen numerosas opciones desde el punto de vista de las configuraciones, los diseñadores de equipos deben tener en cuenta cómo el entorno y el funcionamiento normal del robot puede generar mayores exigencias a los conectores. Puede haber extremos de temperatura o ciclos rápidos fríos/calientes. Los robots móviles pueden verse sometidos a fuertes choques mecánicos y vibraciones, alta resistencia a la corrosión o la leve oxidación, que pueden ser importantes si el robot se viera expuesto a productos químicos corrosivos o si se requiere un alto nivel de fiabilidad, como por ejemplo en equipos médicos.

Además de tener en cuenta los efectos de estas influencias, los ingenieros también han de tener en mente que realizar pedidos de componentes estándar del mercado generalmente es más económico y con un plazo de entrega más corto que desarrollar una especificación para un conector especial o a medida. Es importante observar con detalle todos los aspectos del conector, como el diseño del sistema entre patilla y zócalo y la calidad de la metalización de níquel u oro de los contactos, asegurando así que los componentes estándar escogidos ofrezcan prestaciones y fiabilidad a largo plazo.

Diseño estándar de altas prestaciones
A modo de ejemplo, las patillas de los conectores Nano-D / Bi-Lobe® de Omnetics están hechos de cobre berilio a 17200 ksi y templados para resistir una fuerza elástica continua. Además, la patilla de resorte está ajustada y moldeada para mantener cuatro puntos de contacto continuos. Este diseño, que incluye un terminal abierto, es extremamente resistente y duradero, además de permitir mayores márgenes de compresión y expansión. Esto garantiza un contacto eléctrico continuo bajo unas condiciones que en otros diseños pueden provocar un funcionamiento intermitente. En entornos con altas vibraciones, algunos conectores permiten un tiempo en circuito abierto de 10ns,mientras que el diseño del resorte de la patilla de los conectores Nano-D / Bi-Lobe ha mostrado cero aperturas en las pruebas de vibración.

Los zócalos de una aleación de cobre, se expanden cuando el conector está caliente y están diseñados para aumentar la presión de contacto; cuando el conector está frío, el zócalo se contrae y se cierran los extremos del resorte para evitar un estrés excesivo sobre el resorte y prolongar así la vida útil del conector. El resorte abierto de la patilla supera los 2.000 ciclos de conexión/desconexión en las pruebas de resistencia.

Para asegurar una larga vida útil, los contactos están metalizados en oro tras su moldeado, como establece la especificación ASTM  B488 Tipo II para revestimientos de oro por galvanización. Cada superficie tiene 50 micropulgadas de níquel y 50 micropulgadas de oro controladas mediante medidas con fluorescencia de rayos (X-Ray Fluorescence, XRF) y comprobadas para superficies no porosas.

Otro factor importante es la robustez de la carcasa del conector. Los conectores de bajo coste con carcasas de material plástico pueden permitir la comercialización de nuevos equipos a un precio más competitivo, lo cual es importante en el campo de la robótica con su mayor presencia en el mercado. Por otro lado, en algunos entornos los conectores con carcasas de material plástico pueden volverse frágiles y dificultar el cierre tras una reconexión. Omnetics ofrece diversas carcasas metálicas, entre ellas carcasas ligeras y metalizadas en aluminio o anodizadas, de acero inoxidable o titanio. Éstas resultan especialmente apropiadas para entornos exigentes, como robots aéreos o equipamiento quirúrgico, y pueden resistir niveles de choques y vibraciones muy superiores a los de conectores más pesados y grandes.

La elevada fuerza de retención durante la conexión es otro punto fuerte de los conectores Nano-D estándar y en gran parte se debe a las clavijas atornilladas integradas. Omnetics ha anunciado recientemente una nueva versión con bloqueo de sus conectores Nano-D / Bi-Lobe, que permiten un montaje rápido sin herramientas. Los conectores superan los exigentes requisitos frente a choques y vibraciones de MIL-DTL32139, que asegura su resistencia prácticamente en cualquier tipo de robot, incluyendo vehículos aéreos o de tierra no tripulados.

Avances hacia nuevos entornos
Si bien existe una amplia oferta de conectores robustos de tipo estándar, la robótica se está desarrollando y trasladando con rapidez hacia nuevos segmentos, por lo que algunas aplicaciones pueden exigir conectores especiales. Un ejemplo es la robótica orientada a la seguridad, que puede necesitar encapsulado y cableados especiales para vigilancia con el fin de evitar la alteración o el seccionamiento de las conexiones de manera deliberada. En estos casos, Omnetics puede trabajar con los equipos de ingeniería de los clientes para ayudarles a definir los requisitos del conector y a proporcionarles rápidamente una solución apropiada.

Autor: Bob Stanton, Director de Tecnología en Omnetics Connector Corporation

Más información