Nous savons que la disponibilité de circuits intégrés toujours plus performants et moins coûteux à chaque génération, grâce à la loi de Moore, est un facteur majeur contribuant au développement d'une robotique abordable et flexible. Cependant, à mesure que ces progrès permettent aux machines de devenir plus petites, plus performantes, plus agiles et plus mobiles, les composants tels que le câblage et les connecteurs doivent répondre à des spécifications précises.
Dimensions, poids et autres caractéristiques :
Les connecteurs Nano-D sont largement utilisés par les robots agiles modernes. Les fabricants proposent des produits polyvalents, compacts et légers, offrant sécurité et robustesse optimales. Le pas de 0,64 mm et les différentes configurations permettent aux ingénieurs de choisir des connecteurs multivoies de quelques broches à plus de 60, en format compact à une rangée ou à double rangée. Une large gamme de connecteurs est également disponible pour le montage sur carte, sur circuit flexible, sur panneau, fil-à-carte, fil-à-fil, ainsi que pour d’autres options de montage telles que les extrémités verticales ou droites, le montage en surface ou le soudage par insertion.
Bien que de nombreuses options de configuration existent, les concepteurs d'équipements doivent tenir compte de l'impact de l'environnement et du fonctionnement normal du robot sur les connecteurs. Des températures extrêmes ou des cycles chaud/froid rapides peuvent survenir. Les robots mobiles peuvent être soumis à de forts chocs mécaniques et à des vibrations importantes, et nécessitent une résistance élevée à la corrosion ou à une légère oxydation, ce qui peut s'avérer crucial si le robot est exposé à des produits chimiques corrosifs ou si un haut niveau de fiabilité est requis, comme dans le cas des équipements médicaux.
Outre la prise en compte de ces facteurs, les ingénieurs doivent également garder à l'esprit que commander des composants standard est généralement plus économique et plus rapide que d'élaborer un cahier des charges pour un connecteur spécial ou sur mesure. Il est important d'examiner en détail tous les aspects du connecteur, tels que la conception des broches et des prises et la qualité du nickelage ou du plaquage or des contacts, afin de garantir la performance et la fiabilité à long terme des composants standard choisis.
Conception standard haute performance.
À titre d'exemple, les broches des connecteurs Omnetics Nano-D/Bi-Lobe® sont fabriquées en cuivre au béryllium de 17 200 ksi et trempées pour résister à une force élastique continue. De plus, la broche à ressort est optimisée et moulée pour maintenir quatre points de contact continus. Cette conception, qui inclut une borne ouverte, est extrêmement robuste et durable, tout en offrant des marges de compression et d'expansion plus importantes. Ceci garantit un contact électrique continu dans des conditions qui pourraient entraîner un fonctionnement intermittent avec d'autres conceptions. Dans des environnements à fortes vibrations, certains connecteurs tolèrent un temps de circuit ouvert de 10 ns, tandis que la conception à broche à ressort des connecteurs Nano-D/Bi-Lobe a démontré une absence totale d'ouverture lors des tests de vibration.
Les douilles en alliage de cuivre se dilatent sous l'effet de la chaleur du connecteur, augmentant ainsi la pression de contact. Lors du refroidissement, la douille se contracte et les extrémités du ressort se referment, évitant toute contrainte excessive et prolongeant de ce fait la durée de vie du connecteur. Le ressort de la broche ouverte résiste à plus de 2 000 cycles de connexion/déconnexion lors des tests d'endurance.
Pour garantir une longue durée de vie, les contacts sont plaqués or après moulage, conformément à la norme ASTM B488 Type II relative au dépôt électrolytique d'or. Chaque surface présente une couche de nickel de 50 micro-pouces et une couche d'or de 50 micro-pouces, vérifiées par fluorescence X (XRF) et testées pour leur porosité.
Un autre facteur important est la robustesse du boîtier du connecteur. Les connecteurs économiques à boîtier plastique permettent de commercialiser de nouveaux équipements à un prix plus compétitif, un atout majeur dans le secteur de la robotique, compte tenu de sa forte croissance. En revanche, dans certains environnements, les connecteurs à boîtier plastique peuvent devenir cassants et difficiles à réétanchéifier après reconnexion. Omnetics propose une gamme de boîtiers métalliques, notamment des modèles légers en aluminium métallisé ou anodisé, ainsi que des boîtiers en acier inoxydable ou en titane. Ces derniers sont particulièrement adaptés aux environnements exigeants, tels que les robots aériens ou les équipements chirurgicaux, et résistent à des chocs et des vibrations bien plus importants que les connecteurs plus lourds et plus volumineux.
La force de maintien élevée lors de la connexion est un autre atout des connecteurs Nano-D standard, notamment grâce aux broches à vis intégrées. Omnetics a récemment annoncé une nouvelle version verrouillable de ses connecteurs Nano-D/Bi-Lobe, permettant un assemblage rapide et sans outil. Ces connecteurs surpassent les exigences rigoureuses de la norme MIL-DTL32139 en matière de chocs et de vibrations, garantissant ainsi leur durabilité pour pratiquement tous les types de robots, y compris les véhicules aériens et terrestres sans pilote.
Évolution vers de nouveaux environnements :
Bien qu’une large gamme de connecteurs standard robustes soit disponible, la robotique évolue rapidement et s’étend à de nouveaux segments. De ce fait, certaines applications peuvent nécessiter des connecteurs spécialisés. C’est le cas, par exemple, de la robotique de sécurité, qui peut exiger un encapsulage et un câblage spécifiques pour la surveillance, afin d’empêcher toute manipulation ou coupure délibérée des connexions. Dans ces situations, Omnetics peut collaborer avec les équipes d’ingénierie de ses clients pour définir les exigences en matière de connecteurs et fournir rapidement une solution adaptée.
Auteur : Bob Stanton, directeur technique chez Omnetics Connector Corporation
