Kameran gimbalien, EO/IR-hyötykuormien, LiDAR-yksiköiden ja suunta-antennien on usein liikuttava lentokoneen rungosta riippumatta. Kun hyötykuorman on pyörittävä jatkuvasti, perinteinen johdinsarja lopulta vääntyy, kiristää tai pakottaa mekanismin vaihtamaan suuntaa. UAV-liukurengas luo sähköisen reitin pyörivän liitoksen poikki, jotta virta, ohjaussignaalit, video ja data voivat pysyä kytkettyinä, kun hyötykuorma kääntyy.
Vaikeinta ei ole päättää, että pyörivä järjestelmä tarvitsee "jonkinlaisen liukurenkaan". Todellinen suunnittelutehtävä on sovittaa pyörivä rajapinta sähkökanaviin, dataprotokollaan, käytettävissä olevaan tilaan, sallittuun vääntömomenttiin, toimintaympäristöön ja odotettuun käyttöikään. Katso tästä laajempi yleiskatsaus sovelluksistasignaalin liuku{0}}rengasratkaisu roboteille, ROV:ille ja UAV:ille.
Mikä on UAV Slip Ring?
Liukurengas on sähkömekaaninen laite, joka siirtää tehoa tai sähköisiä signaaleja kiinteiden ja pyörivien rakenteiden välillä. Tyypillinen yksikkö sisältää johtavat renkaat, kiinteät koskettimet tai harjat, sisäiset johdot ja valinnaiset liittimet. Koskettimet ylläpitävät piiriä roottorin pyöriessä. Mooginslip{0}}ring perusasiattunnistaa myös dataväylän, kaapelin tyypin, kaapelin pituuden, tiedonsiirtonopeuden, hyväksyttävän virhesuhteen, mitat, piirien nimellisarvot, nopeuden ja käyttöympäristön ydinspesifikaatioiden tuloina.
Liukurengas ei aiheuta kiertoa. Moottorit, laakerit ja kardaanirakenne takaavat liikkeen. Liukurengas kuljettaa vain tarvittavat sähköpalvelut kiinteän-pyörivän rajan yli-.
Tarvitseeko jokainen drooni liukurenkaan?
Ei. Drone tarvitsee liukurenkaan vain, kun virran, signaalien tai datan on ylitettävä pyörivä rajapinta.
Jatkuvasti pyörivä kiertoakseli on tyypillinen tapaus. Rajoitetun-kulman gimbalissa voi sen sijaan käyttää hallittua kaapelisilmukkaa, jos sallittu kulma, taivutussäde ja kaapelin käyttöikä ovat hyväksyttäviä. Myös potkurit pyörivät, mutta se ei tarkoita, että jokainen multiroottori tarvitsee liukurenkaan; ratkaiseva kysymys on, täytyykö itsenäisten sähköpiirien kulkea pyörivän liitoksen poikki.
Missä UAV-liukurenkaita käytetään yleisesti
Kamera ja EO/IR gimbalit
Stabiloitu kamera tai EO/IR gimbal voi yhdistää kameran tehon, lämmittimen tehon, moottoripiirit, paikanpalautteen, ohjausviestinnän ja videon pienessä pyörivässä kokoonpanossa. Jatkuva kiertosuunta estää kuljettajaa joutumasta kääntämään gimbaalia yksinkertaisesti kelatakseen valjaat auki.
LiDAR ja Mapping Payloads
LiDAR ja hyötykuormien kartoitus voivat vaatia vakaata anturitehoa, tarkkaa ajoitusta ja jatkuvaa digitaalista dataa, kun sekä lentokoneen runko että hyötykuorma liikkuvat. Nämä järjestelmät on määriteltävä protokolla- ja suorituskykyvaatimusten mukaan, eikä niitä kuvata pelkästään yleisen "datakanavan" omaaviksi.
Antennit ja tietoliikennekokoonpanot
Suunta-antennit voivat pyöriä seuratakseen maa-asemaa, toista lentokonetta tai satelliittilinkkiä. Matalataajuiset-teho- ja ohjauspiirit voivat kulkea sähkökoskettimien läpi, kun taas korkeataajuiset-RF-reitit voivat vaatia erillisenkorkeataajuinen{0}}kiertoniveltai hybridi sähkö- ja RF-kokoonpano.
Ensimmäinen päätös: Onko liukurengas oikea arkkitehtuuri?
- Pyörimisnopeus on rajoitettu ja kaapelin käyttöikä on hyväksyttävä:harkitse hallittua kaapelisilmukkaa ennen pyörivän sähköliitännän lisäämistä.
- Jatkuvaa kiertoa tarvitaan, eikä keskuskäytävää ole:kompaktikapselin liukurengason usein ensimmäinen arvioitava arkkitehtuuri.
- Akselin, optisen polun tai muun palvelun tulee kulkea keskuksen läpi:arvioida a-reiän liukurenkaan läpi.
- Aksiaalinen korkeus on voimakkaasti rajoitettu: a pannukakun liukurengassaattaa sopia, mutta halkaisija, kosketingeometria ja vääntömomentti vaativat silti tarkistamista.
- Pyörivä liitäntä on rakennettava suoraan isäntämekanismiin: a erillinen liuku{0}}rengaskokoonpanovoi tarjota enemmän integraatiovapautta.
- Hyötykuorma yhdistää sähkötehon RF-, kuitu-, ilma- tai nesteeseen:harkitse hybridi- tai mukautettua pyörivää liitäntää.
Tämä päätöspolku kaventaa mekaanista arkkitehtuuria, mutta se ei valitse lopullista mallia. Sähköinen kuormitus, tietojen eheys, vääntömomentti, ympäristö ja elinkaari määräävät edelleen, onko vakioyksikkö sopiva.
Rakenna kanavamatriisi ennen mallin valintaa
Älä aloita lankojen kokonaismäärällä. Rakenna kanavamatriisi, joka tallentaa mitä jokainen piiri tekee ja miten sen tulee toimia.
| Kanavan tiedot | Mitä määritellä | Miksi sillä on väliä |
|---|---|---|
| Tehoa | Nimellisjännite, maksimijännite, jatkuva virta ja käynnistys- tai huippuvirta | Estää alimitoituksen ja välttää tarpeettoman virtakapasiteetin osoittamisen jokaiselle piirille |
| Ohjaussignaalit | Protokolla, logiikkataso, parijärjestely ja suojaus | Auttaa erottamaan herkät ohjausreitit äänekkäistä moottori- tai lämmityspiireistä |
| Video ja data | Tarkka protokolla, tiedonsiirtonopeus, impedanssi, kaapelin tyyppi, kaapelin pituus ja sallittu virhesuhde | Sähkön jatkuvuus ei yksinään takaa luotettavaa tiedonsiirtoa |
| Maadoitus ja suoja | Maadoitusarkkitehtuuri, suojavaipan pääte ja runkoliitäntä | Vähentää epäselvyyttä, joka voi muutoin aiheuttaa kohinaa tai{0}}virtaongelmia |
| Redundanssi ja varaosat | Vaaditut redundantit koskettimet ja todella hyödylliset varapiirit | Tasapainottaa luotettavuuden koon, massan ja kustannusten kanssa |
Kuvaava EO/IR Gimbal Channel Matrix
Seuraavat arvot ovat hypoteettisia teknisiä esimerkkejä, eivät mitattuja tuotetietoja tai suosituksia tietylle mallille.
| Toiminto | Havainnollistava vaatimus | Valinnan implikaatio |
|---|---|---|
| Kameran teho | 24 VDC, 1,5 A jatkuva | Käytä erityisiä virtapiirejä, joissa on sopiva lämpö- ja jännitemarginaali |
| Jäänpoisto-tai lämmittimen kuormitus | 12 VDC, 2 A huippu | Määritä huippukuormitus pelkän vakaan-tilan arvon sijaan |
| Ensisijainen video/data | 1000BASE-T Ethernet | Käytä hyväksyttyä Ethernet-polkua ja vahvista koko linkki |
| Gimbalin ohjaus | CAN-väylä | Säilytä suunniteltu parijärjestely ja suojausstrategia |
| Sijaintiviittaus | Matala{0}}tason anturisignaalit | Erota herkät piirit moottorin ja lämmittimen reiteistä mahdollisuuksien mukaan |
| Mekaaninen tarve | Jatkuva kiertosuunta, ei keskireikä | Aloita kompaktista kapseliarkkitehtuurista läpimenevän-reiän sijaan |
Esimerkki osoittaa, miksi "kahdeksan johtoa" ei ole riittävä pyyntö. Toimittaja tarvitsee kunkin piirin toiminnan ja suorituskyvyn, ja UAV-tiimin on ymmärrettävä, kuinka piirit ovat vuorovaikutuksessa lopullisen gimbalin sisällä.
Yhdistä pyörivä liitäntä dataprotokollaan
Nopeita{0}}tietoja ei koskaan pidä käsitellä tavallisena johdotuksena. Ilmaus "Ethernet-kanava" on edelleen epätäydellinen, ellei se sisällä suunniteltua toteutusta, nopeutta, kaapelia, liitintä ja hyväksyttävää virhetehoa. IEEE 802.3 kattaa Ethernetin useiden fyysisten-kerrosnopeuksien ja median välillä, minkä vuoksi tarkka PHY ja linkkijärjestely ovat tärkeitä. KatsoIEEE 802.3 Ethernet -standardin tiedotlaajempaa standardikontekstia varten.
| Palvelu | Toimittajan pitää tietää | Vahvistusfokus |
|---|---|---|
| CAN tai RS-422/485 | Protokolla, parijärjestely, päättäminen, tiedonsiirtonopeus ja suojaus | Tiedonsiirron vakaus pyörimisen ja suunnan muutosten aikana |
| Ethernet | 10/100/1000BASE-T tai muu PHY, kaapeliluokka, impedanssi, pituus ja liitin | Linkin vakaus, pakettivirheet ja suorituskyky täydellä valjaalla |
| HD{0}}SDI tai koaksiaalinen video | Videostandardi, koaksiaalityyppi, liitin ja kaapelin pituus | Kuvan jatkuvuus ja linkin marginaali liikkeen aikana |
| USB | USB-sukupolvi, kaapelin rakenne, liitin ja odotettu suorituskyky | Luettelo, siirron vakaus ja toistuva liike |
| RF tai kuitu | Taajuus tai aallonpituus, kaistanleveys, liitin ja häviöbudjetti | Erikoistunut pyörivä{0}}liitoksen suorituskyky tavallisen kosketusten jatkuvuuden sijaan |
Jos tarvitset pienikokoista UAV-laitetta, jossa on Ethernet-yhteys, katso tarkoitukseen -rakennettuGigabit Ethernet liukurengassen sijaan, että oletetaan, että ylimääräiset kuparipiirit säilyttävät linkin. Koaksiaalivideolle sovelluskohtainen-HD{0}}SDI-liukurengastarjoaa osuvamman lähtökohdan.
Moogin virallinen Ethernet-slip{0}}rengasopastus tunnistaa välityshäviön, paluuhäviön ja ylikuulumisen parametreiksi, jotka vaikuttavat signaalin---suorituskykyyn ja bittivirhesuhteeseen. Jatkuvuustesti voi siis läpäistä, vaikka koko pyörivä lenkki ei olisi tarpeeksi luotettava tehtävää varten.Ethernet- ja terävä-tarkkuuksinen liuku-rengasopastustarjoaa lisäkontekstia.
Lentoon ja vakauttamiseen vaikuttavat mekaaniset vaatimukset
Koko ja massa
Määritä sallittu ulkohalkaisija, kokonaispituus, vaadittu reikä ja massa. Kotelon sisälle sopiva yksikkö saattaa silti siirtää painopistettä tai lisätä pyörimishitautta niin paljon, että se vaikuttaa gimbalin viritykseen.
Käynnistys- ja käyntivääntömomentti
Käynnistysmomentilla on merkitystä, kun hyötykuorma alkaa liikkua levosta. Käynnistysmomentilla ja vääntömomentin vaihtelulla on merkitystä hitaalla seurannalla. Liiallinen tai epäjohdonmukainen vastus voi lisätä moottorin kuormitusta ja vaikeuttaa alhaisen nopeuden{2}}vakautta. Kysy, kuinka vääntömomentti mitataan ja päteekö ilmoitettu arvo kyseisessä lämpötilassa, nopeudessa ja tiivistekokoonpanossa.
Nopeus- ja liikeprofiili
Suurin kierrosluku ei yksinään ole täydellinen kuvaus. Pitkiä aikoja hitaasti pyörivällä valvontakidalla on erilainen kulumiskuvio kuin kartoittavalla hyötykuormalla, joka kiihtyy, peruuttaa ja pysähtyy toistuvasti. Kuvaa jatkuva pyöriminen, värähtely, suunnan muutokset, viipymäaika ja odotetut tehtäväjaksot.
Ympäristö- ja elinkaarivaatimukset
Korvaa epämääräiset termit, kuten "ulkoilma", "karu" tai "ilmailuluokka" mitattavissa olevilla olosuhteilla. Määritä käyttö- ja säilytyslämpötila, isku, tärinä, pöly, vesi, kondensaatio, suolaaltistus, korkeus tai paine ja odotettu käyttöikä.
IEC 60529 käyttää IP-koodia kotelon suojan luokitteluun kiinteitä esineitä ja nesteitä vastaan, ja luokitus on sidottu määritettyihin tarkastustesteihin. TheIEC-selitys IP-luokituksistaon hyödyllinen ensisijainen viite. Katso sivustokohtaiset ohjeet-Slip{0}}Ring IP-luokitusja jos suora altistuminen on odotettavissa, edustajavedenpitävä liuku{0}}rengas.
Älä valitse automaattisesti korkeinta saatavilla olevaa tiivistystasoa. Hyvin tiivistetty yksikkö voi lisätä kokoa tai vääntömomenttia, kun taas tiivistämätön yksikkö voi olla haavoittuva, jos ympäröivä gimbal ei tarjoa riittävää suojaa. Kotelo ja liukurengas tulee arvioida yhtenä järjestelmänä.
Elinkaarivaatimukset olisi ilmaistava käyttötunteina, kierroksina tai toimintajaksoina ja sidottava todelliseen liikeprofiiliin. Tässä oppaassa tiivistetyt tekijätliuku{0}}renkaan käyttöikävoi auttaa jäsentämään keskustelua, mutta lopullisen käyttöiän väitteen on tultava valitun mallin varmennetuista tiedoista.
Vakio vai mukautettu UAV-liukurengas?
| Kysymys | Vakiomuotoilu | Mukautettu suunnittelu |
|---|---|---|
| Sopiiko olemassa oleva kirjekuori? | Paras, kun saatavilla olevat mitat ja asennus ovat hyväksyttäviä | Hyödyllinen, kun tila on epätavallisen pieni, epäsäännöllinen tai integroitu |
| Onko piiriyhdistelmiä saatavilla? | Toimii, kun nykyiset teho- ja signaalivaihtoehdot vastaavat kanavamatriisia | Hyödyllinen epätavallisille virta-, protokolla-, suojaus- tai redundanssiyhdistelmille |
| Ovatko liittimet ja johtojen ulostulot hyväksyttäviä? | Nopeampi, kun vakiojohdot tai liittimet sopivat kokoonpanoon | Hyödyllinen, kun liitinperhettä, johdon pituutta tai poistumissuuntaa on säädettävä |
| Onko ympäristö jo katettu? | Sopii, kun pätevä luokitus vastaa tehtävää | Hyödyllinen sulkemisessa, materiaalit, lämpötila tai jäljitettävyys on räätälöitävä |
| Mikä on ohjelman vaihto-? | Yleensä vähemmän kehityspanosta | Saattaa vaatia suunnittelu-, prototyyppi- ja pätevyystyötä |
Räätälöinti on perusteltua mitattavissa olevilla aukoilla, ei sillä oletuksella, että mukautettu osa on automaattisesti parempi. Jos mikään luetteloyksikkö ei täytä kanavamatriisia, geometriaa, vääntömomenttia, liitintä tai ympäristövaatimuksia, aloita jäsennelty keskusteluräätälöity liukurengas.
Vahvista täydellinen pyörivä kokoonpano
Komponentti voi läpäistä penkin jatkuvuustarkastuksen ja silti epäonnistua lopullisessa hyötykuormassa kaapelin pituuden, liittimen päätteen, EMI:n, mekaanisen kohdistusvirheen, lämpötilan tai tärinän vuoksi. Testauksessa tulee siksi käyttää edustavaa gimbalia, valjaita ja viestintälaitteita aina kun se on mahdollista.
- Tarkista sähköinen kuormitus:testaa kaikki jatkuvat ja huippukuormat, ei yhtä piiriä kerrallaan, ellei tehtävä koskaan käytä niitä samanaikaisesti.
- Kierrä todellista liikeprofiilia:sisältää hitaan seurannan, maksiminopeuden, toistuvat käännökset ja viipymäjaksot.
- Testitiedot pelkän jatkuvuuden sijaan:seurata videon vakautta, linkkien katkeamista, pakettivirheitä tai bittivirheitä tarpeen mukaan.
- Mittaa käynnistys- ja käyttömomentti:toista asianmukaisissa lämpötiloissa ja tarvittaessa ympäristöaltistuksen jälkeen.
- Käytä edustavia ympäristötestejä:käytä ohjelman määrittelemiä tärinä-, isku-, lämpötila- ja kontaminaatioolosuhteita.
- Juokse kestävyyssyklit:tarkasta sähköinen suorituskyky, vääntömomentti ja fyysinen kunto suunnitelluin väliajoin.
- Jäädyttää kokoonpano:asiakirjan osan versio, pinout, roottorin/staattorin suunta, asennus, liitin, johtojen reititys ja hyväksymiskriteerit.
Tämä ohje päällämiten liukurengas testataanvoi tukea alustavaa testi-suunnitelmakeskustelua, mutta hyväksymis-/hylkäysrajojen on perustuttava UAV-ohjelmasta ja valitusta tuotespesifikaatiosta.
Yleiset vikaoireet ja mitä tarkistettava
| Oire | Mahdolliset syyt | Hyödyllisiä tarkastuksia |
|---|---|---|
| Katkoinen video pyörityksen aikana | Koskettimen epävakaus, impedanssin epäjatkuvuus, kaapeli- tai liitinongelma | Pyöritä samalla kun tarkkailet videota ja virheiden suorituskykyä koko valjaiden kautta |
| Ethernet-linkki katkeaa suunnanvaihdon aikana | Ohimenevä kosketuskäyttäytyminen, ylikuuluminen, päätteet tai kaapelin liike | Testaa toistuvia suunnanmuutoksia ja tallenna linkki- ja pakettivirheet |
| Korkeampi gimbal-moottorin virta | Liiallinen vääntömomentti, kohdistusvirhe, tiivisteen vastus tai laakerikuorma | Mittaa vääntömomentti ja moottorin virta ennen ja jälkeen asennuksen |
| Kohinaa anturikanavissa | Huono maadoitus, riittämätön suojaus tai kytkentä virtapiireistä | Tarkista suojan pääte ja testaa piirit samanaikaisesti kuormitettuna |
| Suorituskyky heikkenee ympäristötestauksen jälkeen | Likaantuminen, tiivisteen vika, kuluminen tai materiaalin muutos | Toista sähkö-, data- ja vääntömomenttitestit ja tarkasta kokoonpano |
UAV Slip{0}}-renkaan toimittajan arviointi
- Pöytäkirjan todisteet:Onko tarkka dataprotokolla tai teknisesti vastaava kokoonpano hyväksytty?
- Testimenetelmä:Voiko toimittaja selittää, miten jatkuvuus, tietojen eheys, vääntömomentti ja käyttöikä mitataan?
- Mekaaniset tiedot:Onko käynnistysmomentti, käyttömomentti, massa, toleranssit ja asennusrajat dokumentoitu?
- Ympäristötodisteet:Onko tiivistys-, lämpötila-, tärinä- ja materiaalivaatimukset sidottu määriteltyihin testeihin?
- Jäljitettävyys:Hallitetaanko tarkistusten valvontaa, tarkastuspöytäkirjoja ja hyväksyttyjä vaihtoja?
- Muuta tukea:Voiko toimittaja arvioida uusia liittimiä, kanavia tai kirjekuoren muutoksia menettämättä konfiguroinnin hallintaa?
- Tuotantovalmius:Ovatko prototyyppi-, pätevyys- ja tuotannontarkastusvastuut selvät?
Toimittajan dokumentoimalaadun{0}}hallintaprosessipitäisi tukea teknistä ehdotusta sen sijaan, että se korvaisi sovelluskohtaisia{0}}todisteita.
Tarjouspyyntöön sisällytettävät tiedot
- UAV-tyyppi, hyötykuormatoiminto ja kiinteä{0}}pyörivään-rajaan
- Jatkuva pyöriminen, rajoitettu pyöriminen tai värähtelevä liike
- Kanavamatriisi jännitteellä, jatkuvalla virralla, huippuvirralla ja toiminnolla
- Tarkat data- ja videoprotokollat, kaapelin rakenne, kaapelipituudet ja liittimet
- Suurin halkaisija, pituus, reikä, massa ja vääntömomentti
- Nopeus, suunta{0}}muutosmalli ja odotetut tehtäväjaksot
- Käyttö- ja säilytyslämpötila, isku, tärinä, pöly-, vesi- ja korroosioaltistus
- Vaadittu käyttöikä, redundanssi, jäljitettävyys ja hyväksyntätestit
- Prototyyppien määrä, tuotantoarvio ja tavoiteaikataulu
Täydellisen vaatimuspaketin avulla suunnittelutiimi voi suositella olemassa olevaa mallia, kun se on sopiva, ja tunnistaa todelliset räätälöintitarpeet, kun se ei ole sopiva.
FAQ
K: Voiko UAV-liukurengas lähettää tehoa ja dataa samanaikaisesti?
V: Kyllä. Teho, ohjaus, video ja data voivat jakaa yhden kokoonpanon, kun piirit on suunniteltu ja järjestetty niiden erityisiä sähkö- ja signaalivaatimuksia varten. Herkät kanavat saattavat vaatia hallittua impedanssia, suojausta tai erotusta suuremmista-tehopiireistä.
K: Millainen liukurengas on paras dronin gimbalille?
V: Kapselin rakenne arvioidaan usein ensin, kun gimbaali on kompakti eikä tarvitse keskikäytävää. Läpi-reikäyksikkö on sopivampi, kun akselin, optisen reitin tai muun palvelun täytyy kulkea keskuksen läpi. Lopullinen valinta riippuu edelleen vääntömomentista, tiedoista, ympäristöstä ja elinkaarista.
K: Milloin mukautettua suunnittelua tulisi harkita?
V: Harkitse räätälöintiä, kun mikään vakiotuote ei täytä mitattavia vaatimuksia kuoren, massan, vääntömomentin, piiriyhdistelmän, protokollan, liittimen, sinetöinnin, käyttöiän tai jäljitettävyyden suhteen.
K: Miten Ethernet- tai HD-video tulisi testata?
V: Testaa koko pyörivä lenkki tarkoitetuilla kaapeleilla, liittimillä, nopeudella ja liikeprofiililla. Mittaa linkin vakautta, videon jatkuvuutta ja paketti- tai bittivirheitä sen sijaan, että luottaisit vain resistanssin tai jatkuvuuden tarkistukseen.
K: Milloin lipsahdus{0}}renkaiden toimittajan tulee liittyä projektiin?
V: Ennen kuin gimbal-kuori, liitinjärjestely ja johtosarjan reititys jäätyvät. Varhainen tarkistus antaa molemmille tiimeille enemmän vapautta käyttää vakioarkkitehtuuria tai tehdä kohdennettuja muutoksia ilman tarpeetonta uudelleensuunnittelua.
Johtopäätös
Oikea UAV-liukurengas valitaan järjestelmätasolla. Aloita vahvistamalla, että sähköpalvelujen on todellakin ylitettävä jatkuvasti pyörivä liitos. Määritä sitten kanavamatriisi, protokollavaatimukset, mekaaninen verhokäyrä, vääntömomentti, ympäristö ja elinkaari ennen arkkitehtuurien tai tuotemallien vertailua.
Vahvan ehdotuksen tulisi selittää paitsi kuinka monta piiriä on saatavana, myös kuinka suunnittelu säilyttää tehon, tiedon ja mekaanisen suorituskyvyn todellisen tehtäväprofiilin kautta. Kun vaatimukset ovat valmiit,ota yhteyttä suunnittelutiimiinkanavamatriisin ja integrointirajoitusten avulla tavallista{0}}tuotearviointia tai kohdennettua mukautettua arviointia varten.