Gimbal kamere, EO/IR teret, LiDAR jedinice i usmjerene antene često se moraju kretati neovisno o konstrukciji zrakoplova. Kada se teret mora neprestano okretati, konvencionalni kabelski svežanj na kraju se uvija, zateže ili prisiljava mehanizam da promijeni smjer. Klizni prsten UAV-a stvara električni put preko tog rotirajućeg zgloba tako da napajanje, kontrolni signali, video i podaci mogu ostati povezani dok se teret okreće.
Težak dio nije odlučiti da rotirajući sustav treba "neku vrstu kliznog prstena". Pravi inženjerski zadatak je uskladiti rotacijsko sučelje s električnim kanalima, podatkovnim protokolom, raspoloživim prostorom, dopuštenim okretnim momentom, okruženjem misije i očekivanim životnim vijekom. Za širi pregled primjene pogledajte ovoRješenje za klizne signale-za robote, ROV-ove i UAV-ove.
Što je UAV klizni prsten?
Klizni prsten je elektromehanički uređaj koji prenosi snagu ili električne signale između nepokretnih i rotirajućih struktura. Tipična jedinica sadrži vodljive prstenove, nepomične kontakte ili četkice, unutarnje vodove i dodatne konektore. Kontakti održavaju krug dok se rotor okreće. Moog'sosnove kliznog{0}}prstenatakođer identificira podatkovnu sabirnicu, vrstu kabela, duljinu kabela, brzinu prijenosa podataka, prihvatljivu stopu pogreške, dimenzije, ocjenu strujnog kruga, brzinu i radno okruženje kao ulazne podatke osnovne specifikacije.
Klizni prsten ne stvara rotaciju. Motori, ležajevi i kardanska struktura omogućuju kretanje. Klizni prsten prenosi samo potrebne električne usluge preko stacionarne-do-rotirajuće granice.
Treba li svaki dron klizni prsten?
Ne. Dron treba klizni prsten samo kada napajanje, signali ili podaci moraju proći kroz rotirajuće sučelje.
Kontinuirano rotirajuća os skretanja je tipičan slučaj. Gimbal s ograničenim{1}}kutom može umjesto toga koristiti upravljanu kabelsku petlju ako su dopušteni kut, radijus savijanja i životni vijek kabela prihvatljivi. Propeleri se također okreću, ali to ne znači da svaki multirotor treba klizni prsten; odlučujuće je pitanje moraju li nezavisni električni krugovi prolaziti preko rotirajućeg zgloba.
Gdje se najčešće koriste klizni prstenovi za UAV
Kamera i EO/IR kardani
Stabilizirana kamera ili EO/IR gimbal može kombinirati snagu kamere, snagu grijača, krugove motora, povratnu informaciju o položaju, kontrolnu komunikaciju i video u malom rotirajućem sklopu. Kontinuirana rotacija skretanja sprječava operatera da mora okrenuti kardan samo da bi odmotao pojas.
LiDAR i kartiranje nosivosti
LiDAR i korisni tereti za mapiranje mogu zahtijevati stabilnu snagu senzora, točno mjerenje vremena i održive digitalne podatke dok se i konstrukcija zrakoplova i korisni teret kreću. Ovi sustavi trebaju biti specificirani protokolom i zahtjevima za performanse, a ne samo opisivati kao da imaju generički "podatkovni kanal".
Antene i komunikacijski sklopovi
Usmjerene antene mogu se okretati kako bi pratile zemaljsku stanicu, drugu letjelicu ili satelitsku vezu. Strujni i upravljački krugovi niske-frekventnosti mogu proći kroz električne kontakte, dok RF putevi visoke-frekventnosti mogu zahtijevati namjenskivisoko{0}}frekventni rotacijski zglobili hibridni električni i RF sklop.
Prva odluka: Je li klizni prsten prava arhitektura?
- Rotacija je ograničena, a vijek trajanja kabela je prihvatljiv:razmotrite upravljanu kabelsku petlju prije dodavanja rotacijskog električnog sučelja.
- Potrebna je kontinuirana rotacija i nema središnjeg prolaza:kompaktanklizni prsten kapsuleje često prva arhitektura koja se procjenjuje.
- Osovina, optički put ili drugi servis mora proći kroz središte:procijeniti akroz-klizni prsten s rupom.
- Aksijalna visina je jako ograničena: a klizni prsten za palačinkemože odgovarati, ali promjer, geometrija kontakta i zakretni moment i dalje zahtijevaju pregled.
- Okretno sučelje mora biti ugrađeno izravno u glavni mehanizam: a zasebni sklop-kliznog prstenamože ponuditi veću slobodu integracije.
- Korisni teret kombinira električnu energiju s RF, vlaknima, zrakom ili tekućinom:razmislite o hibridnom ili prilagođenom rotirajućem sučelju.
Ovaj put odlučivanja sužava mehaničku arhitekturu, ali ne odabire konačni model. Električno opterećenje, cjelovitost podataka, okretni moment, okoliš i životni ciklus i dalje određuju je li standardna jedinica prikladna.
Izgradite matricu kanala prije odabira modela
Nemojte započeti s ukupnim brojanjem žica. Izgradite matricu kanala koja bilježi što svaki krug radi i kako mora raditi.
| Informacije o kanalu | Što definirati | Zašto je to važno |
|---|---|---|
| Vlast | Nazivni napon, maksimalni napon, trajna struja i početna ili vršna struja | Sprječava premale veličine i izbjegava dodjeljivanje nepotrebnog strujnog kapaciteta svakom krugu |
| Kontrolni signali | Protokol, logička razina, raspored parova i zaštita | Pomaže u odvajanju osjetljivih upravljačkih putova od bučnih krugova motora ili grijača |
| Video i podaci | Točan protokol, brzina prijenosa podataka, impedancija, vrsta kabela, duljina kabela i dopuštena stopa pogreške | Sam električni kontinuitet ne dokazuje pouzdanu komunikaciju |
| Tlo i štit | Arhitektura uzemljenja, završetak oklopa i priključak šasije | Smanjuje dvosmislenost koja inače može stvoriti šum ili probleme s -zemljom |
| Redundancija i rezervni dijelovi | Potrebni redundantni kontakti i istinski korisni rezervni krugovi | Usklađuje pouzdanost s veličinom, masom i cijenom |
Ilustrativna EO/IR matrica kardanskih kanala
Sljedeće vrijednosti su hipotetski inženjerski primjer, a ne izmjereni podaci o proizvodu ili preporuka za određeni model.
| Funkcija | Ilustrativni zahtjev | Implikacija odabira |
|---|---|---|
| Snaga kamere | 24 VDC, 1,5 A neprekidno | Koristite namjenske strujne krugove s odgovarajućom toplinskom i naponskom rezervom |
| Odleđivanje ili opterećenje grijača | 12 VDC, 2 A vrh | Navedite vršno opterećenje umjesto samo vrijednosti-stacionarnog stanja |
| Primarni video/podaci | 1000BASE-T Ethernet | Upotrijebite kvalificirani Ethernet put i potvrdite potpunu vezu |
| Gimbal kontrola | CAN sabirnica | Održavajte planirani raspored parova i strategiju zaštite |
| Referenca položaja | Signali senzora-niske razine | Odvojite osjetljive krugove od motora i puteva grijača gdje je to moguće |
| Mehanička potreba | Kontinuirana rotacija skretanja, bez središnjeg provrta | Započnite s arhitekturom kompaktne kapsule umjesto s-dizajnom s rupama |
Primjer pokazuje zašto "osam žica" nije dovoljan zahtjev. Dobavljač treba funkciju i izvedbu svakog kruga, a UAV tim treba razumjeti kako krugovi međusobno djeluju unutar konačnog kardana.
Uskladite Rotary Interface s Data Protocolom
Brzi-podatke nikad ne treba tretirati kao obično ožičenje. Fraza "Ethernet kanal" još uvijek je nepotpuna osim ako ne uključuje namjeravanu implementaciju, brzinu, kabel, konektor i prihvatljivu izvedbu pogreške. IEEE 802.3 pokriva Ethernet na više fizičkih-slojeva brzina i medija, zbog čega je točan PHY i raspored veze važan. ViditeInformacije o standardu IEEE 802.3 Ethernetza širi kontekst standarda.
| Servis | Dobavljač mora znati | Fokus provjere valjanosti |
|---|---|---|
| CAN ili RS-422/485 | Protokol, raspored parova, završetak, brzina prijenosa podataka i zaštita | Stabilnost komunikacije tijekom rotacije i promjena smjera |
| Ethernet | 10/100/1000BASE-T ili drugi PHY, kategorija kabela, impedancija, duljina i konektor | Stabilnost veze, pogreške paketa i izvedba kroz potpuni kabelski svežanj |
| HD-SDI ili koaksijalni video | Video standard, koaksijalni tip, konektor i duljina kabela | Kontinuitet slike i margina veze tijekom kretanja |
| USB | USB generacija, konstrukcija kabela, konektor i očekivana propusnost | Nabrajanje, stabilnost prijenosa i ponovljeno kretanje |
| RF ili vlakno | Frekvencija ili valna duljina, propusnost, proračun konektora i gubitaka | Specijalizirani učinak rotacijskog-zgloba umjesto uobičajenog kontinuiteta kontakta |
Za kompaktnu bespilotnu letjelicu koja nosi Ethernet, pogledajte namjenski-izgrađenuGigabit Ethernet klizni prstennego pretpostaviti da će rezervni bakreni krugovi sačuvati vezu. Za koaksijalni video,-specifična aplikacijaHD-SDI klizni prstendaje relevantnije polazište.
Moogove službene smjernice za klizni{0}}prsten za Ethernet identificiraju uneseni gubitak, povratni gubitak i preslušavanje kao parametre koji utječu na performanse signala-na-šum i stopu pogreške u bitovima. Test kontinuiteta stoga može proći čak i kada cijela rotirajuća veza nije dovoljno pouzdana za misiju.Ethernet i visoko{0}}definitivno vođenje-prstenadaje dodatni kontekst.
Mehanički zahtjevi koji utječu na let i stabilizaciju
Veličina i masa
Definirajte dopušteni vanjski promjer, ukupnu duljinu, potrebni provrt i masu. Jedinica koja stane unutar kućišta još uvijek može pomaknuti središte gravitacije ili povećati rotacijsku inerciju dovoljno da utječe na podešavanje gimbala.
Pokretni i radni moment
Početni okretni moment je bitan kada se teret počne kretati iz mirovanja. Zakretni moment i varijacije zakretnog momenta važni su tijekom sporog praćenja. Pretjerani ili nedosljedni otpor može povećati opterećenje motora i otežati-stabilizaciju male brzine. Pitajte kako se mjeri zakretni moment i vrijedi li navedena vrijednost za odgovarajuću temperaturu, brzinu i konfiguraciju brtve.
Profil brzine i kretanja
Sam maksimalni broj okretaja u minuti nije potpuni opis. Nadzorni gimbal koji se sporo okreće tijekom dugih razdoblja ima drugačiji uzorak trošenja od tereta za mapiranje koji opetovano ubrzava, okreće se unazad i pauzira. Opišite kontinuiranu rotaciju, oscilacije, promjene smjera, vrijeme zadržavanja i očekivane cikluse misije.
Zahtjevi za okoliš i životni ciklus
Zamijenite nejasne pojmove kao što su "vani", "hrapav" ili "zrakoplovna klasa" mjerljivim uvjetima. Definirajte radnu temperaturu i temperaturu skladištenja, udarce, vibracije, prašinu, vodu, kondenzaciju, izloženost soli, nadmorsku visinu ili tlak i očekivani vijek trajanja.
IEC 60529 koristi IP kod za klasifikaciju zaštite kućišta od krutih predmeta i tekućina, a ocjena je povezana s definiranim testovima provjere. TheIEC objašnjenje IP ocjenaje korisna primarna referenca. Za-smjernice za pojedine web-lokacije pogledajte objašnjenjeIP ocjene kliznog{0}}prstenai, gdje se očekuje izravna izloženost, predstavnikdizajn vodootpornog{0}}kliznog prstena.
Nemojte automatski odabrati najvišu dostupnu razinu brtvljenja. Jako zatvorena jedinica može povećati veličinu ili zakretni moment, dok nezabrtvljena jedinica može biti ranjiva ako okolni gimbal ne pruža odgovarajuću zaštitu. Kućište i klizni prsten trebaju se ocijeniti kao jedan sustav.
Zahtjevi životnog ciklusa trebaju biti izraženi u radnim satima, rotacijama ili ciklusima misije i povezani sa stvarnim profilom kretanja. Čimbenici sažeti u ovom vodiču zavijek trajanja kliznog{0}}prstenamože pomoći u strukturiranju te rasprave, ali konačna tvrdnja o životnom vijeku mora proizaći iz provjerenih podataka odabranog dizajna.
Standardni ili prilagođeni klizni prsten za UAV?
| Pitanje | Standardni dizajn | Dizajn po narudžbi |
|---|---|---|
| Odgovara li postojeća omotnica? | Najbolje kada su dostupne dimenzije i montaža prihvatljivi | Korisno kada je prostor neobično malen, nepravilan ili integriran |
| Jesu li kombinacije krugova dostupne? | Radi kada postojeće opcije napajanja i signala odgovaraju matrici kanala | Korisno za neuobičajene kombinacije struje, protokola, zaštite ili redundancije |
| Jesu li konektori i izlazi prihvatljivi? | Brže kada standardni vodovi ili konektori odgovaraju sklopu | Korisno kada se mora kontrolirati obitelj konektora, duljina vodiča ili smjer izlaza |
| Je li okoliš već pokriven? | Prikladno kada kvalificirana ocjena odgovara misiji | Korisno pri pečaćenju, materijali, temperatura ili sljedivost moraju biti prilagođeni |
| Što je kompromis programa-? | Obično manji razvojni napor | Može zahtijevati inženjering, rad na prototipu i kvalifikacije |
Prilagodba se opravdava mjerljivim prazninama, a ne pretpostavkom da je prilagođeni dio automatski bolji. Kada nijedna kataloška jedinica ne zadovoljava zahtjeve matrice kanala, geometrije, zakretnog momenta, konektora ili okoliša, započnite strukturiranu raspravu okoprilagođeni klizni prsten.
Potvrdite kompletan rotirajući sklop
Komponenta može proći provjeru kontinuiteta na stolu i još uvijek biti neuspješna u konačnom nosivosti zbog duljine kabela, završetka konektora, EMI-ja, mehaničkog odstupanja, temperature ili vibracija. Testiranje bi stoga trebalo koristiti reprezentativni gimbal, pojas i komunikacijsku opremu kad god je to praktično.
- Provjerite električno opterećenje:testirajte sva kontinuirana i vršna opterećenja, a ne jedan po jedan krug osim ako ih misija nikad ne koristi istovremeno.
- Rotirajte kroz profil stvarnog kretanja:uključuju sporo praćenje, maksimalnu brzinu, ponovljene preokrete i razdoblja zadržavanja.
- Testni podaci umjesto samog kontinuiteta:nadgledajte stabilnost videa, prekide veze, pogreške u paketima ili bitne pogreške prema potrebi.
- Izmjerite početni i radni moment:ponovite na odgovarajućim temperaturama i nakon izlaganja okolišu kada je potrebno.
- Primijenite reprezentativna ispitivanja okoliša:koristite definirane uvjete vibracija, udara, temperature i kontaminacije programa.
- Trčanje ciklusa izdržljivosti:provjerite električnu izvedbu, moment i fizičko stanje u planiranim intervalima.
- Zamrzni konfiguraciju:revizija dijela dokumenta, pinout, orijentacija rotora/statora, montaža, konektor, usmjeravanje vodiča i kriteriji prihvaćanja.
Ovaj vodič nakako testirati klizni prstenmože podržati početnu raspravu o-planu testiranja, ali ograničenja prolaznosti/padanja moraju proizaći iz programa UAV i odabrane specifikacije proizvoda.
Uobičajeni simptomi kvara i što provjeriti
| Simptom | Mogući uzroci | Korisne provjere |
|---|---|---|
| Isprekidani video tijekom rotacije | Nestabilnost kontakta, diskontinuitet impedancije, problem s kabelom ili konektorom | Rotirajte dok pratite video i izvedbu pogreške kroz cijeli pojas |
| Ethernet veza pada tijekom preokreta | Prijelazno ponašanje kontakta, preslušavanje, završetak ili pomicanje kabela | Testirajte ponovljene promjene smjera i zabilježite pogreške veze i paketa |
| Veća struja kardanskog motora | Pretjerani zakretni moment, neusklađenost, otpor brtve ili opterećenje ležaja | Izmjerite moment i struju motora prije i nakon instalacije |
| Šum na kanalima senzora | Loše uzemljenje, nedovoljna zaštita ili spoj s strujnim krugovima | Pregledajte završetak oklopa i ispitne krugove pod simultanim opterećenjem |
| Performanse se smanjuju nakon testiranja na okoliš | Kontaminacija, kvar brtve, istrošenost ili promjena materijala | Ponovite električna ispitivanja, ispitivanja podataka i zakretnog momenta i pregledajte sklop |
Kako procijeniti dobavljača UAV Slip{0}}Ring
- Protokolarni dokazi:Je li kvalificiran točan podatkovni protokol ili tehnički ekvivalentna konfiguracija?
- Metoda ispitivanja:Može li dobavljač objasniti kako se mjeri kontinuitet, cjelovitost podataka, okretni moment i životni vijek?
- Mehanički podaci:Jesu li dokumentirani početni zakretni moment, radni moment, masa, tolerancije i ograničenja ugradnje?
- Dokazi zaštite okoliša:Jesu li tvrdnje o brtvljenju, temperaturi, vibracijama i materijalu vezane uz definirana ispitivanja?
- Sljedivost:Vode li se revizijska kontrola, inspekcijski zapisi i odobrene zamjene?
- Promjena podrške:Može li dobavljač procijeniti nove konektore, kanale ili promjene omotnice bez gubitka kontrole konfiguracije?
- Proizvodna spremnost:Jesu li odgovornosti prototipa, kvalifikacije i inspekcije proizvodnje jasne?
Dobavljač je dokumentiranproces-upravljanja kvalitetomtrebao bi podržati tehnički prijedlog, a ne zamijeniti -dokaze specifične za aplikaciju.
Informacije koje treba uključiti u Zahtjev za ponudu
- Vrsta UAV-a, funkcija nosivosti i granica od-stacionarnog do-rotirajućeg
- Kontinuirana rotacija, ograničena rotacija ili oscilirajuće gibanje
- Matrica kanala s naponom, kontinuiranom strujom, vršnom strujom i funkcijom
- Točni podatkovni i video protokoli, konstrukcija kabela, duljine kabela i konektora
- Maksimalni promjer, duljina, provrt, masa i moment
- Brzina, obrazac-promjene smjera i očekivani ciklusi misije
- Radna temperatura i temperatura skladištenja, udarci, vibracije, prašina, voda i izloženost koroziji
- Zahtijevani radni vijek, redundancija, sljedivost i ispitivanja prihvatljivosti
- Količina prototipa, procjena proizvodnje i ciljni raspored
Kompletan paket zahtjeva omogućuje inženjerskom timu da preporuči postojeći dizajn kada je prikladan i identificira stvarne potrebe za prilagodbom kada nije.
FAQ
P: Može li UAV slip ring prenositi snagu i podatke u isto vrijeme?
O: Da. Napajanje, upravljanje, video i podaci mogu dijeliti jedan sklop kada su sklopovi dizajnirani i raspoređeni prema njihovim specifičnim električnim i signalnim zahtjevima. Osjetljivi kanali mogu zahtijevati kontroliranu impedanciju, zaštitu ili odvajanje od strujnih krugova veće-napone.
P: Koja je vrsta kliznog prstena najbolja za gimbal drona?
O: Dizajn kapsule često se prvo procjenjuje kada je gimbal kompaktan i ne treba središnji prolaz. Jedinica s-rupom prikladnija je kada osovina, optički put ili drugi servis mora proći kroz središte. Konačni izbor i dalje ovisi o okretnom momentu, podacima, okolišu i životnom ciklusu.
P: Kada treba razmotriti prilagođeni dizajn?
O: Razmotrite prilagodbu kada niti jedan standardni proizvod ne ispunjava mjerljive zahtjeve za omotnicu, masu, zakretni moment, kombinaciju krugova, protokol, konektor, brtvljenje, životni vijek ili sljedivost.
P: Kako bi trebao biti testiran Ethernet ili HD video?
O: Testirajte kompletnu rotirajuću vezu s predviđenim kabelima, konektorima, brzinom i profilom kretanja. Mjerite stabilnost veze, video kontinuitet i greške paketa ili bitova umjesto da se oslanjate samo na provjeru otpora ili kontinuiteta.
P: Kada bi se dobavljač kliznih{0}}prstenova trebao pridružiti projektu?
O: Prije nego što se zamrzne omotač kardana, raspored konektora i usmjeravanje kabelskog svežnja. Rani pregled daje oba tima više slobode za korištenje standardne arhitekture ili uvođenje fokusiranih promjena bez nepotrebnog redizajniranja.
Zaključak
Desni klizni prsten UAV-a odabire se na razini sustava. Započnite s potvrđivanjem da električne usluge doista moraju prijeći kontinuirani rotirajući spoj. Zatim definirajte matricu kanala, zahtjeve protokola, mehaničku omotnicu, okretni moment, okoliš i životni ciklus prije usporedbe arhitektura ili modela proizvoda.
Snažan prijedlog trebao bi objasniti ne samo koliko je sklopova dostupno, već i kako će dizajn sačuvati snagu, podatke i mehaničku izvedbu kroz pravi profil misije. Kada su zahtjevi spremni,obratite se inženjerskom timus matricom kanala i ograničenjima integracije za standardni-pregled proizvoda ili fokusiranu prilagođenu procjenu.