如何為機器人和自動化系統選擇合適的電纜接頭？

機器人和自動化系統需要極高的精確度和可靠性，但許多安裝都會因線纜管理不足而失敗，造成 電磁干擾¹、機械應力故障以及環境污染，這些都會擾亂敏感的控制信號，導致昂貴的停產時間。為靜態安裝而設計的傳統電纜接頭通常無法應付現代自動化設備的持續運動、震動和精確定位要求，導致電纜過早故障和系統失靈，影響生產力和品質。

機器人和自動化系統的纜線接頭需要專門的設計，以增強應變釋放、EMC 屏蔽、柔性材料和精密密封為特色，以處理連續運動、電磁干擾和嚴苛的環境條件，同時保持訊號完整性和系統可靠性。 這些應用需要仔細考慮電纜類型、移動模式、環境因素和效能要求，以確保最佳的自動化系統運作。

我曾與歐洲、亞洲和北美的自動化工程師、機器人集成商和製造設施合作，從斯圖加特的汽車組裝線到首爾的半導體晶圓廠，我了解到正確選擇電纜接頭對自動化系統的成功至關重要。讓我與您分享選擇電纜接頭的基本知識，讓您的機器人系統保持順暢運行。

目錄

• 是什麼讓機器人電纜接頭的需求與眾不同？
• 自動化必須具備哪些電纜接頭功能？
• 如何為不同類型的機器人選擇電纜接頭？
• 安裝與維護的主要考量為何？
• 如何確保自動化系統的長期可靠性？
• 有關機器人系統的電纜接頭常見問題

是什麼讓機器人電纜接頭的需求與眾不同？

機器人電纜接頭的需求有別於標準應用，原因在於持續運動、精確定位需求、電磁干擾挑戰，以及需要能承受數百萬次運動週期，同時保持密封完整性和訊號品質的彈性材料。

瞭解這些獨特的需求至關重要，因為在機器人應用中，標準的電纜接頭經常會發生故障，導致昂貴的停機時間和系統可靠性問題。

連續運動挑戰

彎曲應力管理： 機器人系統會使電纜不斷彎曲、扭轉和拉伸，因此需要具備強化應力消除功能和彈性密封材料的電纜接頭，以防止電纜彎曲、扭轉和拉伸。 疲勞失效².

運動週期耐久性： 工業機器人通常會執行數百萬次的移動週期，這就要求纜線接頭的設計能夠延長撓曲壽命，並採用能夠長時間抗裂和密封退化的材料。

多軸運動： 六軸機器人³ 製造複雜的電纜移動模式，要求電纜接頭能在不影響密封或應力消除性能的情況下，容許多方向同時彎曲。

速度與加速度： 高速機器人移動會產生巨大的動態力，標準的電纜接頭無法處理，因此需要具有更強的機械強度和柔軟性的專門設計。

電磁相容性要求

EMC 屏蔽： 機器人系統使用敏感的伺服驅動器和控制訊號，需要具備 360 度遮蔽的 EMC 電纜接頭，以防止電磁干擾干擾系統運作。

訊號完整性： 精確的定位和控制需要乾淨的訊號傳輸，因此 EMC 電纜接頭對於在電氣雜訊的工業環境中維持訊號品質非常重要。

接地系統： 正確的電磁屏蔽需要透過纜線接頭與設備底座進行可靠的接地連接，以確保有效的 EMI 抑制和安全合規性。

防止干擾： 機器人系統既會產生電磁干擾，也容易受到電磁干擾的影響，因此需要在整個電纜管理系統中提供全面的 EMC 保護。

環境與安全考量

無塵室相容性： 半導體和製藥機械人需要表面平滑、不含微粒的材料，以及可在受控環境中將污染降至最低的設計的電纜接頭。

耐化學性： 化學處理的自動化系統需要使用具有特殊材料的電纜接頭，以抵抗侵蝕性的化學物質，同時保持密封性和機械特性。

溫度循環： 機器人系統通常會在溫度變化極大的環境中運作，因此需要使用能夠在寬溫範圍內保持彈性和密封性的材料製造電纜接頭。

安全標準： 在人類附近工作的協同式機器人（cobots）需要符合特定安全標準的電纜接頭，以達到抗衝擊和故障安全操作的要求。

David 是密西根州底特律市一家大型汽車製造廠的製造工程師，他親身體驗了標準電纜夾頭在機器人應用中失效的原因。他的團隊的新焊接機器人在電纜入口處經常發生電纜故障，導致生產線每隔幾週就停工一次。分析故障模式後，我們發現標準的黃銅電纜接頭無法承受機器人手臂的連續彎曲運動。我們用專為機器人應用而設計的專用柔性電纜接頭來取代它們，這些接頭具有增強的應力消除功能和柔性密封材料。結果如何？在超過 18 個月的運作中，電纜零故障，節省了數以千計的停機成本。

自動化必須具備哪些電纜接頭功能？

自動化所需的基本電纜接頭功能包括彈性密封材料、增強型應變釋放系統、EMC 屏蔽功能、耐腐蝕結構，以及針對機器人應用中的特定電纜類型和移動模式進行最佳化的設計。

這些特性直接影響系統的可靠性、維護需求，以及嚴苛工業環境中的整體自動化效能。

先進的應力消除系統

多方向彈性： 具有鉸接式應力消除設計的纜線接頭，可適應複雜的運動模式，同時在整個運動範圍內對纜線保持一致的抓握壓力。

漸進式應變分佈： 先進的設計可將機械應力分散到較長的纜線上，減少機械人應用中通常會導致纜線故障的應力集中點。

可調式夾持力： 應力消除系統具有可調整的壓縮功能，可針對不同的電纜類型和應用最佳化抓取力，而不會過度壓縮敏感的電纜。

抗疲勞材料： 專門設計的彈性體和熱塑膠，可承受數百萬次的彎曲循環，而不會破裂或失去密封效果。

EMC 屏蔽技術

360 度防護： 使用導電墊片、金屬電纜接頭或導電聚合物材料，在電纜入口周圍進行完整的電磁屏蔽，以提供全面的 EMI 保護。

低阻抗接地： 透過導電電纜壓蓋本體和適當的接地技術，在電纜屏蔽和設備底座之間建立可靠的電氣連接。

頻率響應： EMC 電纜接頭的設計可在機器人控制系統使用的頻率範圍內提供有效的屏蔽，通常從直流到數個 GHz。

盾牌連續性： 透過 EMC 電纜接頭正確端接電纜屏蔽層，以維持屏蔽效能，並防止訊號干擾或安全問題。

材質與結構特性

化學相容性： 選用耐切削液、清潔溶劑和其他自動化製造環境中常見化學品的材料。

溫度性能： 可在機器人應用中遇到的溫度範圍（通常為 -40°C 至 +125°C）內保持柔軟性和密封性的材料。

抗紫外線： 針對在戶外或高紫外線環境下運作的機器人，採用可防止老化並維持效能的 UV 穩定材質電纜接頭。

衛生設計： 平滑表面和無縫設計，適用於需要經常清洗和消毒的食品加工和製藥機械人。

專用纜線相容性

電纜類型	腺體需求	主要功能	典型應用
伺服馬達	EMC、Flex-rated	360° 屏蔽、應變釋放	定位系統
電源線	高電流、堅固耐用	加強夾持、耐熱性	驅動馬達
混合電纜	支援多種導線	分離式密封、EMC	整合系統
光纖	彎曲半徑保護	溫和應變釋放，簡潔設計	高速資料

纜線專用設計： 針對特定電纜結構最佳化的電纜接頭，包括鎧裝電纜、混合電源/訊號電纜，以及具有獨特需求的特殊機器人電纜。

尺寸範圍靈活： 纜線直徑範圍寬廣的纜線接頭，可適應機器人系統中常見的各種纜線尺寸，而無需大量庫存。

如何為不同類型的機器人選擇電纜接頭？

針對不同的機器人類型選擇電纜接頭時，需要分析特定的移動模式、環境條件、電纜要求和性能需求，使接頭特性與應用需求相匹配，以獲得最佳的可靠性和性能。

不同的機器人配置會產生獨特的挑戰，需要量身打造的電纜接頭解決方案，才能長期成功運作。

工業級鉸接式機器人

六軸運動： 鉸接式機器人需要能處理複雜的多方向移動的纜線接頭，以及針對每個機器人關節的特定運動包络設計的強化應力釋放。

高速操作： 快速工業機器人會產生巨大的動態力，因此需要具有堅固機械結構和專為高循環應用所設計材質的電纜接頭。

重型電纜： 工業機器人使用大型電源線和多條訊號線纜，需要具備高夾持力和多條線纜入口能力的電纜接頭。

惡劣環境保護： 製造環境要求 IP65 或 IP67 等級的電纜接頭，其材質必須能抵抗切削液、焊接飛濺物和工業化學品。

協同式機器人（Cobots）

安全要求： 協同式機器人 (cobots)⁴ 在人類附近工作時，需要表面平滑、邊緣圓潤的電纜滑軌，以及可防止人機互動時造成傷害的故障安全設計。

輕量化結構： Cobot 應用通常偏好輕量的尼龍或鋁製纜線接頭，以減少可能影響機器人動態和安全系統的額外重量。

安靜操作： 纜線接頭的設計可將移動過程中產生的噪音降至最低，這對於在辦公室或實驗室環境中運作的 cobots 非常重要。

易於維護： 免工具或簡單工具的電纜接頭設計，方便在協同工作環境中快速維護和更換電纜。

SCARA 和 Delta 機器人

高速精準： SCARA 和 delta 機器人以極快的速度運轉時，需要質量最小且應力釋放最佳化的纜線接頭，以防止纜線纏繞並保持定位精度。

緊湊型設計： 空間有限的機器人設計需要不影響機器人移動或工作空間接近性的扁平電纜接頭。

無塵室相容性： 電子製造業的拾放機械人需要表面平滑且不含微粒的電纜接頭，以符合無塵室的操作要求。

電纜管理： 多條小型電纜需要專為多電纜安裝而設計的電纜接頭，每條電纜都有獨立的密封和應力消除裝置。

移動和 AGV 機器人

抗震性： 移動機器人和 AGV 需要專為處理在工業地面上移動時所產生的連續震動和衝擊負荷而設計的纜線接頭。

環境密封： 戶外或倉庫 AGV 需要 IP66 或 IP67 的電纜接頭，以防止灰塵、濕氣和溫度變化。

電池系統整合： 電動移動機器人需要用於大電流電池電纜的專用電纜夾具，以增強安全功能和故障電弧保護。

無線系統保護： 配備無線通訊系統的 AGV 需要使用 EMC 電纜接頭，以防止導航和通訊訊號受到干擾。

Hassan 管理著瑞士巴塞爾的一家大型製藥廠，他在無菌包裝作業中採用協同工作機器人時，面臨著獨特的挑戰。無塵室環境要求電纜接頭既要符合 FDA 衛生標準，又要滿足協作式機器人操作的動態要求。標準的不鏽鋼電纜接頭太重，會產生微粒。我們提供了專用的輕型光滑表面電纜接頭，採用 FDA 認可的材料和專為 cobot 應用設計的增強應力釋放。此解決方案可成功部署機器人，同時維持無塵室分類與法規遵循。

安裝與維護的主要考量為何？

機器人電纜夾頭的主要安裝和維護注意事項包括正確的電纜路由、應力消除最佳化、EMC 接地程序、無障礙性規劃以及預防性維護計劃，以確保長期可靠運作，並將系統停機時間降至最低。

正確的安裝和維護是非常重要的，因為在要求嚴苛的機器人應用中，如果安裝不正確或維護不當，即使是最好的電纜接頭也會失效。

安裝最佳實務

電纜路由最佳化： 規劃電纜路徑，以盡量減少應力和磨損，同時確保足夠的彎曲半徑，並避免在機器人的整個運動範圍內干擾機器人的運動。

應力消除配置： 適當地調整應變釋放系統，以提供足夠的電纜保護，而不會使電纜過度緊繃，導致過早疲勞或移動受限。

EMC 接地： 在電纜屏蔽、電纜接頭和設備底盤之間建立正確的電氣連接，以確保有效的電磁屏蔽和安全合規性。

扭力規格： 遵循製造商的扭力規格安裝電纜壓蓋，以確保在不損壞電纜或壓蓋元件的情況下進行適當的密封。

無障礙與可維修性

維護存取： 定位電纜接頭，方便檢查、調整和更換，無需拆卸機器人或大量停機時間。

電纜識別： 實施明確的電纜標籤和文件系統，以便在複雜的機器人安裝中進行故障排除和維護活動。

備件規劃： 根據機器人使用模式和特定應用的預期使用壽命，維持適當的備用電纜接頭庫存。

工具需求： 確保維修團隊擁有適當的工具，並接受機器人應用特有的電纜接頭維修程序訓練。

預防性維護計劃

檢查時間表： 根據機器人工作週期、環境條件和歷史性能資料，建立定期檢查間隔，在故障發生前找出潛在問題。

效能監控： 實施追蹤電纜接頭性能指標的監控系統，包括密封完整性、應力消除有效性和 EMC 屏蔽連續性。

更換標準： 根據目視檢查、性能測試和預期使用壽命，制定更換電纜壓蓋的明確標準。

文件系統： 維護詳細的維護記錄，以追蹤電纜壓蓋性能，並優化維護計劃和更換策略。

如何確保自動化系統的長期可靠性？

自動化系統的長期可靠性要求選擇具有適當認證的優質電纜接頭、執行全面的測試程序、建立監控系統，以及維護詳細的性能記錄，以優化系統性能並防止意外故障。

在自動化領域中，可靠性是最重要的，因為非計劃停機時間每小時可能造成數千美元的損失，並影響整體設備效能。

品質與認證要求

業界標準： 確保電纜接頭符合相關工業標準，包括 IEC、UL 和 CE 認證，以符合特定機器人應用和地域市場的要求。

效能測試： 進行或審查全面的測試資料，包括機器人應用的撓曲壽命測試、環境曝露測試和 EMC 性能驗證。

材料認證： 驗證材料是否符合業界要求，包括 RoHS⁵、REACH 以及食品加工或製藥應用的特定應用標準。

供應商資格： 與了解機器人應用需求並提供全面技術支援和文件的合格供應商合作。

效能監控與最佳化

狀況監控： 實施監控電纜接頭性能的系統，包括密封完整性測試、電氣連續性驗證和目視檢查程式。

故障分析： 對任何電纜壓蓋故障進行徹底分析，找出根本原因並實施糾正措施，以防止故障再次發生。

效能基準： 追蹤不同機器人類型和應用的電纜接頭性能，以優化選擇標準和維護程序。

持續改善： 使用效能資料來改進電纜接頭規格、安裝程序和維護實務，以提高可靠性。

系統整合考慮因素

設計標準化： 在類似機器人應用中建立標準的電纜接頭規格，以簡化維護、降低庫存並提高可靠性的一致性。

相容性驗證： 確保電纜接頭的選擇符合機器人製造商的規格和保固要求。

未來擴展： 規劃電纜接頭的選擇，以適應潛在的系統升級或修改，而不需要完全重新安裝。

總擁有成本： 根據總生命週期成本（包括初始成本、維護要求和預期使用壽命）評估電纜壓蓋的選擇。

總結

為機器人和自動化系統選擇合適的電纜接頭，需要瞭解連續運動、電磁相容性和環境挑戰的獨特需求。成功與否取決於選擇具有增強應力釋放、EMC 屏蔽的專門設計，以及針對機器人應用最佳化的材料，同時實施正確的安裝和維護程序。

機器人電纜接頭成功的關鍵在於認識到自動化應用需要超越標準工業電纜接頭的專業解決方案。在 Bepto，我們瞭解電纜接頭在自動化系統可靠性中扮演的關鍵角色，並提供專門的解決方案，包括 EMC 電纜接頭、靈活應變釋放設計和針對機械人應用進行優化的材料。我們的工程團隊與自動化專業人員合作，確保電纜接頭的正確選擇和實施，以確保長期可靠運行。

有關機器人系統的電纜接頭常見問題

1. 瞭解 EMI 的基本知識，以及 EMI 如何破壞自動化中使用的敏感電子元件。 ↩

2. 瞭解材料疲勞的工程原理，以及為何在高循環應用中會有此問題。 ↩

3. 請參閱說明典型六軸機器人不同運動軸的視覺指南。 ↩

4. 探索共生機器人的簡介及其與人類共用的主要安全標準。 ↩

5. 閱讀來自官方來源的 RoHS（有害物質限用）指令概述。 ↩