Source : Samtec

Les robots existent depuis des décennies, mais ce ne sont pas les modèles mignons ou futuristes qui font la une des journaux ou qui font sensation lors des conventions technologiques. Ce sont des machines qui travaillent en coulisse et qui sont responsables de la fabrication de nombreux produits que nous utilisons dans la vie quotidienne.

Ces robots industriels sont relativement peu intelligents par rapport aux normes actuelles, mais ils remplissent des fonctions importantes. Ils sont conçus pour effectuer la même tâche de manière répétée, avec une grande précision. L'industrie automobile utilise des robots industriels depuis plus d'un demi-siècle. Ils effectuent les tâches dangereuses ou ennuyeuses, comme le soudage, la peinture et l'assemblage.

La création de solutions de connecteurs pour les robots industriels pose des problèmes aux fabricants, la principale préoccupation étant leur fiabilité. Lorsque nous décrivons un connecteur, nous utilisons généralement les cycles d'insertion-extraction pour mesurer sa durée de vie. Un cycle d'insertion-extraction est défini comme l'action d'insérer et d'extraire un connecteur une fois. La plupart des fabricants publient un nombre minimum de cycles d'insertion-extraction pour chaque type de connecteur afin d'en mesurer la fiabilité.

Il n'est pas surprenant que les performances réelles du connecteur varient considérablement lorsqu'il est utilisé en conditions réelles. Dans un environnement propre et agréable, et lorsqu'il est utilisé correctement par des techniciens expérimentés, un connecteur peut durer bien plus longtemps que prévu. En revanche, si un connecteur est utilisé dans des conditions difficiles sur le terrain et qu'il est fréquemment retiré à la hâte, l'utilisateur peut trouver qu'il a une durée de vie beaucoup plus courte que prévu. Cela peut facilement se produire dans les usines où les robots industriels doivent accomplir leurs tâches.

L'autre problème rencontré lors de la conception pour les robots est le mouvement. Les robots se déplacent rapidement, souvent dans plusieurs directions, et ce pendant des heures, voire des jours. Toutes les parties du robot - ses bras et ses membres - doivent être connectées les unes aux autres pour fournir les données, l'énergie et les signaux dont elles ont besoin pour fonctionner. Chaque articulation mobile représente un problème pour les concepteurs.

Concevoir et tester pour assurer la fiabilité

Lors de la conception pour les robots, la construction des bornes à l'intérieur du connecteur qu'ils utilisent est essentielle pour leurs performances. La plupart d'entre nous connaissent les connecteurs dont les bornes sont conçues selon le principe traditionnel mâle et femelle. Ce type de connecteur existe depuis longtemps, car il constitue l'un des meilleurs moyens de relier deux circuits.

Cette conception mâle/femelle conventionnelle exige que la broche fixe soit insérée dans une prise légèrement plus petite. La prise est conçue pour être suffisamment souple pour permettre à la broche d'entrer et de créer une force de ressort qui assure le contact entre les deux parties.

L'un des avantages de cette conception est que la borne à broche est relativement facile à fabriquer. La borne à broche peut être pleine, c'est-à-dire usinée à partir d'une barre pleine, ou bien creuse, créée à partir d'une feuille de métal plate qui est ensuite laminée ou façonnée en une forme tridimensionnelle. Bien que les différentes techniques de fabrication offrent leurs propres avantages, l'aspect important de cet exemple est que la broche elle-même est fixe.

C'est la borne de la prise qui constitue l'élément flexible de la conception. La prise est légèrement plus petite que la broche, de sorte que le barillet doit être flexible pour l'accueillir. Lorsque la prise se dilate pour accueillir la broche, une pression positive est exercée sur la broche. Ceci est important pour assurer un bon contact électrique entre les deux moitiés de la paire et réduire les effets des vibrations qui pourraient être ressenties lors d'une utilisation normale.

La pression positive du ressort crée cependant d'autres problèmes. Pour compenser la résistance du ressort, une force est nécessaire pour coupler et découpler ces bornes, appelée respectivement force d'insertion et force de retrait. Si pour quelques bornes la force nécessaire peut être négligeable, il n'en va pas de même pour un connecteur comportant de nombreux circuits. Une force importante doit être appliquée pour accoupler un tel connecteur avec succès, de sorte que l'opérateur doit s'assurer que les connecteurs sont correctement alignés.

Le risque pour les câbles

Les câbles sont également exposés à des risques lorsqu'ils sont utilisés dans des robots industriels. Lors de la conception des robots, les câbles doivent être protégés en s'assurant qu'ils ne fléchissent pas au-delà de leurs limites intrinsèques et qu'ils ne sont pas tordus maladroitement. Même s'il est possible d'y parvenir, le câblage est toujours constitué de métal, bien que très fin, de morceaux de fils métalliques tissés ensemble pour former un câble flexible. Comme nous l'avons vu à maintes reprises dans le passé, le métal peut se détériorer. Le mouvement constant du câble lui-même affaiblit les fils, ce qui affecte considérablement leurs performances et compromet leur fiabilité, avant même que le câble ne se rompe physiquement.

Toutefois, en cas de mouvements répétés, le câble finit par se rompre, et les connecteurs deviennent alors d'une importance vitale, car le câble doit être retiré et remplacé. Il existe des câbles très impressionnants qui offrent une durée de vie plus longue, tout comme il existe des connecteurs à haute fiabilité. Je me souviens avoir travaillé avec un câble à multiconducteurs qui était si flexible qu'on aurait dit un morceau de spaghetti cuit. Mais à force d'être utilisé, il a fini par céder.

L'alimentation est peut-être le plus grand casse-tête lors de la conception de robots. La technologie des batteries modernes est aujourd'hui bien plus performante qu'auparavant, en grande partie grâce à l'industrie automobile. Cependant, les batteries doivent être rechargées et, jusqu'à ce qu'un ingénieur brillant trouve un moyen de fournir une puissance significative par le biais d'une liaison Bluetooth, les connecteurs sont la voie à suivre.

À propos de l’auteur

David Pike est bien connu dans l'industrie de l'interconnexion pour sa passion et son geek général. Son nom en ligne est Connector Geek.