A kamera gimbaloknak, az EO/IR hasznos terheknek, a LiDAR egységeknek és az irányított antennáknak gyakran a repülőgép vázától függetlenül kell mozogniuk. Amikor a hasznos tehernek folyamatosan forognia kell, a hagyományos kábelköteg végül megcsavarja, megfeszíti vagy irányváltásra kényszeríti a mechanizmust. Az UAV csúszógyűrűje elektromos utat hoz létre a forgó csuklón keresztül, így a tápellátás, a vezérlőjelek, a videó és az adatok kapcsolatban maradhatnak, amíg a rakomány forog.
A nehéz rész nem annak eldöntése, hogy egy forgó rendszernek szüksége van-e "valamilyen csúszógyűrűre". Az igazi mérnöki feladat a forgó interfész hozzáigazítása az elektromos csatornákhoz, az adatprotokollhoz, a rendelkezésre álló helyhez, a megengedett nyomatékhoz, a küldetési környezethez és a várható élettartamhoz. Az alkalmazások szélesebb körű áttekintéséért lásd eztjelcsúszó{0}}gyűrűs megoldás robotokhoz, ROV-okhoz és UAV-okhoz.
Mi az az UAV csúszógyűrű?
A csúszógyűrű olyan elektromechanikus eszköz, amely erőt vagy elektromos jeleket továbbít az álló és a forgó szerkezetek között. Egy tipikus egység vezető gyűrűket, álló érintkezőket vagy keféket, belső vezetékeket és opcionális csatlakozókat tartalmaz. Az érintkezők fenntartják az áramkört, amikor a rotor forog. Moog'scsúszó{0}}gyűrű alapjaiaz adatbuszt, a kábel típusát, a kábel hosszát, az adatátviteli sebességet, az elfogadható hibaarányt, a méreteket, az áramköri névleges értékeket, a sebességet és a működési környezetet is azonosítja, mint alapvető specifikációs bemeneteket.
A csúszógyűrű nem hozza létre a forgást. A motorok, a csapágyak és a kardánszerkezet biztosítja a mozgást. A csúszógyűrű csak a szükséges elektromos szolgáltatásokat viszi át az álló-a-forgó határon.
Minden drónnak szüksége van csúszógyűrűre?
Nem. A drónnak csak akkor van szüksége csúszógyűrűre, ha áramnak, jeleknek vagy adatoknak át kell haladniuk egy forgó interfészen.
A folyamatosan forgó elfordulási tengely tipikus eset. A korlátozott-szögű gimbal ehelyett kezelt kábelhurkot használhat, ha a megengedett szög, hajlítási sugár és kábel élettartama elfogadható. A propellerek is forognak, de ez nem jelenti azt, hogy minden multirotornak szüksége van csúszógyűrűre; A döntő kérdés az, hogy független elektromos áramköröknek kell-e áthaladniuk a forgó csuklón.
Ahol az UAV csúszógyűrűket általában használják
Kamera és EO/IR gimbals
A stabilizált kamera vagy EO/IR gimbal kombinálhatja a kamera teljesítményét, a fűtőtest teljesítményét, a motor áramköreit, a pozíció visszacsatolást, a vezérlő kommunikációt és a videót egy kis forgó egységben. A folyamatos elfordulás megakadályozza, hogy a kezelőnek meg kelljen fordítania a gimbalt egyszerűen a heveder letekeréséhez.
LiDAR és a hasznos terhek térképezése
A LiDAR és a hasznos terhek feltérképezése stabil érzékelőteljesítményt, pontos időzítést és tartós digitális adatokat igényelhet, miközben a repülőgépváz és a hasznos teher egyaránt mozog. Ezeket a rendszereket protokoll- és teljesítménykövetelményekkel kell meghatározni, nem csak úgy kell leírni, hogy általános "adatcsatornával" rendelkeznek.
Antennák és kommunikációs szerelvények
Az irányított antennák elfordulhatnak egy földi állomás, egy másik repülőgép vagy egy műholdas kapcsolat nyomon követéséhez. Az alacsony-frekvenciás táp- és vezérlőáramkörök áthaladhatnak az elektromos érintkezőkön, míg a nagy-frekvenciás rádiófrekvenciás utak dedikáltnagy-frekvenciás forgócsuklóvagy hibrid elektromos és RF szerelvény.
Első döntés: A csúszógyűrű a megfelelő építészet?
- A forgás korlátozott, és a kábel élettartama elfogadható:A forgó elektromos interfész hozzáadása előtt fontolja meg a menedzselt kábelhurkot.
- Folyamatos forgás szükséges, és nincs központi átjáró:egy kompaktkapszula csúszógyűrűgyakran az első architektúra, amelyet értékelni kell.
- Egy aknának, optikai útnak vagy egyéb szolgáltatásnak át kell haladnia a központon:értékelni aátmenő-lyuk csúszógyűrűn.
- Az axiális magasság erősen korlátozott: a palacsinta csúszógyűrűelférhet, de az átmérő, az érintkezők geometriája és a nyomaték még felülvizsgálatra szorul.
- A forgó interfészt közvetlenül a gazdagép mechanizmusba kell beépíteni: a külön csúszó{0}}gyűrűszerelvénynagyobb integrációs szabadságot kínálhat.
- A hasznos teher egyesíti az elektromos energiát RF-vel, szálasanyaggal, levegővel vagy folyadékkal:vegye figyelembe a hibrid vagy egyedi forgó interfészt.
Ez a döntési út leszűkíti a mechanikai architektúrát, de nem választ ki végleges modellt. Az elektromos terhelés, az adatok integritása, a nyomaték, a környezet és az életciklus továbbra is meghatározza, hogy a szabványos egység megfelelő-e.
Modellválasztás előtt készítsen csatornamátrixot
Ne kezdje a vezetékek teljes számával. Építsen fel egy csatornamátrixot, amely rögzíti, hogy minden áramkör mit csinál és hogyan kell teljesítenie.
| Csatorna információk | Mit kell meghatározni | Miért számít |
|---|---|---|
| Hatalom | Névleges feszültség, maximális feszültség, folyamatos áram és indítási vagy csúcsáram | Megakadályozza az alulméretezést, és elkerüli, hogy minden áramkörhöz szükségtelen áramkapacitást rendeljen |
| Vezérlő jelek | Protokoll, logikai szint, pár elrendezés és árnyékolás | Segít elkülöníteni az érzékeny vezérlési útvonalakat a zajos motor- vagy fűtőkörtől |
| Videó és adat | Pontos protokoll, adatsebesség, impedancia, kábeltípus, kábelhossz és megengedett hibaarány | Az elektromos folytonosság önmagában nem bizonyítja a megbízható kommunikációt |
| Föld és pajzs | Földelési architektúra, pajzsvégződés és alvázcsatlakozás | Csökkenti a kétértelműséget, amely egyébként zajt vagy földelési{0}}problémákat okozhat |
| Redundancia és pótalkatrészek | Szükséges redundáns érintkezők és valóban hasznos tartalék áramkörök | Kiegyensúlyozza a megbízhatóságot a mérettel, tömeggel és költséggel |
Egy szemléltető EO/IR Gimbal Channel Matrix
A következő értékek hipotetikus műszaki példák, nem mért termékadatok vagy ajánlások egy adott modellhez.
| Funkció | Szemléltető követelmény | Kiválasztási implikáció |
|---|---|---|
| Kamera teljesítmény | 24 VDC, 1,5 A folyamatos | Használjon megfelelő hő- és feszültségtartalékkal rendelkező, dedikált tápáramköröket |
| Jégtelenítés-vagy a fűtés terhelése | 12 VDC, 2 A csúcs | Adja meg a csúcsterhelést, ne csak az állandó{0}}állapot értéket |
| Elsődleges videó/adat | 1000BASE-T Ethernet | Használjon minősített Ethernet elérési utat, és érvényesítse a teljes kapcsolatot |
| Gimbal kontroll | CAN busz | Tartsa be a tervezett pár elrendezést és árnyékolási stratégiát |
| Pozíció hivatkozás | Alacsony-szintű érzékelőjelek | Ha lehetséges, válassza le az érzékeny áramköröket a motor- és fűtőpályáktól |
| Mechanikai igény | Folyamatos elfordulás, nincs középfurat | Kezdje egy kompakt kapszula-architektúrával, nem pedig egy átmenő{0}}lyuk kialakítással |
A példa megmutatja, hogy a „nyolc vezeték” miért nem elegendő kérés. A szállítónak szüksége van az egyes áramkörök funkciójára és teljesítményére, az UAV-csapatnak pedig meg kell értenie, hogy az áramkörök hogyan hatnak egymásra a végső gimbalban.
Illessze a forgó interfészt az adatprotokollhoz
A nagy sebességű{0}}adatátvitelt soha nem szabad közönséges vezetékezésként kezelni. Az "Ethernet-csatorna" kifejezés még mindig hiányos, hacsak nem tartalmazza a tervezett megvalósítást, sebességet, kábelt, csatlakozót és az elfogadható hibateljesítményt. Az IEEE 802.3 lefedi az Ethernetet több fizikai-rétegsebességgel és médiával, ezért számít a pontos PHY és linkelrendezés. Lásd aAz IEEE 802.3 Ethernet szabvány információia tágabb szabványkontextusban.
| Szolgáltatás | A szállítónak tudnia kell | Érvényesítési fókusz |
|---|---|---|
| CAN vagy RS-422/485 | Protokoll, pár elrendezés, lezárás, adatsebesség és árnyékolás | Kommunikációs stabilitás forgás és irányváltás közben |
| Ethernet | 10/100/1000BASE-T vagy más PHY, kábelkategória, impedancia, hossz és csatlakozó | Kapcsolja össze a stabilitást, a csomaghibákat és a teljesítményt a teljes kábelköteg segítségével |
| HD{0}}SDI vagy koaxiális videó | Videó szabvány, koaxiális típus, csatlakozó és kábelhossz | A kép folytonossága és a link margója mozgás közben |
| USB | USB generálás, kábel felépítés, csatlakozó és várható áteresztőképesség | Felsorolás, átviteli stabilitás és ismételt mozgás |
| RF vagy szál | Frekvencia vagy hullámhossz, sávszélesség, csatlakozó és veszteségi költségvetés | Speciális forgó{0}}ízületi teljesítmény a szokásos érintkezési folytonosság helyett |
Egy Ethernetet hordozó kompakt UAV esetén tekintse át a célra készült-utatGigabit Ethernet csúszógyűrűahelyett, hogy azt feltételeznénk, hogy a tartalék rézáramkörök megőrzik a kapcsolatot. Koaxiális videó esetén egy alkalmazás--specifikusHD{0}}SDI csúszógyűrűrelevánsabb kiindulópontot ad.
A Moog hivatalos Ethernet csúszó-gyűrű-útmutatója a beillesztési veszteséget, a visszatérési veszteséget és az áthallást olyan paraméterekként azonosítja, amelyek befolyásolják a jel{1}}–-zaj teljesítményét és a bithibaarányt. A folytonossági teszt tehát akkor is sikeres lehet, ha a teljes forgó láncszem nem elég megbízható a küldetéshez.Ethernet és nagy{0}}felbontású csúszó-gyűrűvezetéstovábbi kontextust biztosít.
A repülést és a stabilitást befolyásoló mechanikai követelmények
Méret és tömeg
Határozza meg a megengedett külső átmérőt, teljes hosszt, szükséges furatot és tömeget. A házba illeszkedő egység továbbra is eltolja a súlypontot, vagy megnövelheti a forgási tehetetlenséget ahhoz, hogy befolyásolja a kardángyűrű hangolását.
Indítási és futási nyomaték
Az indítási nyomaték akkor számít, amikor a hasznos teher nyugalmi helyzetből elindul. Lassú követés közben a futási nyomaték és a nyomatékváltozás számít. A túlzott vagy inkonzisztens légellenállás növelheti a motor terhelését, és megnehezítheti az alacsony fordulatszám stabilizálását. Kérdezze meg, hogyan mérik a nyomatékot, és hogy a megadott érték érvényes-e a megfelelő hőmérsékleten, fordulatszámon és tömítési konfigurációban.
Sebesség és mozgás profil
A maximális fordulatszám önmagában nem teljes leírás. A hosszú ideig lassan forgó felügyeleti gimbal kopási mintázata eltér a feltérképező hasznos tehertől, amely ismételten felgyorsít, visszafordul és megáll. Ismertesse a folyamatos forgást, oszcillációt, irányváltozásokat, tartózkodási időt és a várható küldetési ciklusokat.
Környezeti és életciklus-követelmények
Cserélje le az olyan homályos kifejezéseket, mint a „kültéri”, „masszív” vagy „repülőgép-minőség” mérhető feltételekkel. Határozza meg az üzemi és tárolási hőmérsékletet, ütést, vibrációt, port, vizet, páralecsapódást, sóterhelést, magasságot vagy nyomást és a várható élettartamot.
Az IEC 60529 az IP-kódot használja a burkolat szilárd tárgyakkal és folyadékokkal szembeni védelmének osztályozására, és a minősítés meghatározott ellenőrzési tesztekhez van kötve. AAz IP-besorolások IEC magyarázatahasznos elsődleges referencia. Webhely-specifikus útmutatásért tekintse át a magyarázatotcsúszó-IP-besorolásés ahol közvetlen expozíció várható, egy képviselővízálló csúszó{0}}gyűrű kialakítása.
Ne válassza ki automatikusan a legmagasabb elérhető tömítési szintet. Egy erősen tömített egység növelheti a méretet vagy a nyomatékot, míg a tömítetlen egység sebezhető lehet, ha a környező kardángyűrű nem nyújt megfelelő védelmet. A burkolatot és a csúszógyűrűt egy rendszerként kell értékelni.
Az életciklus-követelményeket üzemórákban, fordulatokban vagy küldetési ciklusokban kell kifejezni, és a valós mozgásprofilhoz kell kötni. Az ebben az útmutatóban összefoglalt tényezők acsúszó-gyűrű élettartamasegíthet a megbeszélés felépítésében, de a végső élettartamra vonatkozó állításnak a kiválasztott terv ellenőrzött adataiból kell származnia.
Normál vagy egyedi UAV csúszógyűrű?
| Kérdés | Szabványos kialakítás | Egyedi tervezés |
|---|---|---|
| Meglévő boríték belefér? | A legjobb, ha a rendelkezésre álló méretek és rögzítés elfogadható | Hasznos, ha a hely szokatlanul kicsi, szabálytalan vagy integrált |
| Elérhetők az áramkör-kombinációk? | Akkor működik, ha a meglévő táp- és jelopciók megfelelnek a csatornamátrixnak | Szokatlan áram-, protokoll-, árnyékolás- vagy redundancia-kombinációkhoz hasznos |
| Elfogadhatók a csatlakozók és a vezetékkimenetek? | Gyorsabb, ha szabványos vezetékek vagy csatlakozók illeszkednek a szerelvényhez | Hasznos, ha a csatlakozócsaládot, a vezeték hosszát vagy a kimeneti irányt ellenőrizni kell |
| A környezet már lefedett? | Akkor megfelelő, ha a minősített besorolás megfelel a küldetésnek | A lezárásnál hasznos, az anyagokat, a hőmérsékletet vagy a nyomonkövethetőséget testre kell szabni |
| Mit jelent a program{0}}kiváltása? | Általában alacsonyabb fejlesztési erőfeszítés | Mérnöki, prototípus- és minősítési munkát igényelhet |
A testreszabást a mérhető hiányosságok indokolják, nem pedig az a feltételezés, hogy egy egyedi alkatrész automatikusan jobb. Ha egyetlen katalógusegység sem felel meg a csatornamátrix, geometria, nyomaték, csatlakozó vagy környezeti követelményeknek, kezdjen strukturált vitát egyszemélyre szabott csúszógyűrű.
Érvényesítse a teljes forgó egységet
Egy alkatrész átmenhet a munkapad folytonossági ellenőrzésén, de a végső hasznos terhelésben továbbra is meghibásodhat a kábelhossz, a csatlakozóvégződés, az EMI, a mechanikai eltolódás, a hőmérséklet vagy a vibráció miatt. A teszteléshez ezért a reprezentatív gimbalt, kábelköteget és kommunikációs berendezést kell használni, amikor csak lehetséges.
- Ellenőrizze az elektromos terhelést:tesztelje az összes folyamatos és csúcsterhelést, ne egy áramkört egyszerre, kivéve, ha a küldetés soha nem használja őket egyszerre.
- Forgatás a valós mozgásprofilban:magában foglalja a lassú követést, a maximális sebességet, az ismételt irányváltásokat és a várakozási időszakokat.
- Tesztadatok, nem csak folytonosság:monitorozza a videostabilitást, a kapcsolatkieséseket, a csomaghibákat vagy a bithibákat.
- Indítási és futási nyomaték mérése:ismételje meg a megfelelő hőmérsékleten és szükség esetén környezeti expozíció után.
- Alkalmazzon reprezentatív környezeti teszteket:használja a programban meghatározott vibrációs, ütési, hőmérsékleti és szennyeződési feltételeket.
- Fuss állóképességi ciklusok:tervezett időközönként ellenőrizze az elektromos teljesítményt, a nyomatékot és a fizikai állapotot.
- A konfiguráció lefagyasztása:dokumentum alkatrész felülvizsgálata, kivezetés, forgórész/állórész tájolás, szerelés, csatlakozó, vezetékek elvezetése és elfogadási kritériumok.
Ez az útmutató továbbhogyan lehet tesztelni egy csúszógyűrűttámogathatja a kezdeti teszt-terv megbeszélését, de a sikeres/nem megfelelő korlátoknak az UAV programból és a kiválasztott termékspecifikációból kell származniuk.
Gyakori meghibásodási tünetek és mit kell ellenőrizni
| Tünet | Lehetséges okok | Hasznos ellenőrzések |
|---|---|---|
| Szaggatott videó forgatás közben | Érintkezési instabilitás, impedancia szakadás, kábel vagy csatlakozó probléma | Forgassa, miközben figyeli a videót és a hibateljesítményt a teljes kábelköteg segítségével |
| Az Ethernet kapcsolat megszakad a megfordítás során | Átmeneti érintkezési viselkedés, áthallás, lezárás vagy kábelmozgás | Tesztelje az ismételt irányváltozásokat, és rögzítse a hivatkozási és csomaghibákat |
| Nagyobb kardánmotor áram | Túlzott nyomaték, eltolódás, tömítésellenállás vagy csapágyterhelés | Mérje meg a nyomatékot és a motoráramot a telepítés előtt és után |
| Zaj az érzékelő csatornáin | Rossz földelés, elégtelen árnyékolás vagy csatolás a tápáramkörökről | Tekintse át az árnyékolás lezárását és tesztelje az áramköröket egyidejű terhelés mellett |
| A teljesítmény a környezeti tesztelés után romlik | Szennyeződés, tömítés meghibásodása, kopás vagy anyagcsere | Ismételje meg az elektromos, adat- és nyomatékvizsgálatokat, és ellenőrizze a szerelvényt |
UAV Slip{0}}gyűrűszállító értékelése
- Protokoll bizonyíték:A pontos adatprotokoll vagy egy műszakilag egyenértékű konfiguráció minősítésre került?
- Vizsgálati módszer:Meg tudja magyarázni a szállító, hogyan mérik a folytonosságot, az adatok integritását, a nyomatékot és az élettartamot?
- Mechanikai adatok:Az indítási nyomaték, a futási nyomaték, a tömeg, a tűrések és a szerelési határértékek dokumentálva vannak?
- Környezeti bizonyítékok:A tömítési, hőmérsékleti, rezgési és anyagi követelmények meghatározott tesztekhez kötődnek?
- Nyomon követhetőség:Kezelik-e a felülvizsgálati ellenőrzést, az ellenőrzési jegyzőkönyveket és a jóváhagyott cseréket?
- Támogatás módosítása:Ki tudja-e értékelni a szállító az új csatlakozókat, csatornákat vagy a borítékváltozásokat anélkül, hogy elveszítené a konfigurációs irányítást?
- Gyártási készenlét:Egyértelműek a prototípus, a minősítés és a gyártásellenőrzési feladatok?
A szállító dokumentáltminőségirányítási-folyamata technikai javaslatot kell támogatnia, nem pedig az alkalmazás{0}}specifikus bizonyítékokat helyettesíteni.
Az ajánlatkérésben feltüntetendő információk
- UAV típus, hasznos teher funkció és álló-a-forgó határvonal
- Folyamatos forgás, korlátozott forgás vagy oszcilláló mozgás
- Csatornamátrix feszültséggel, folyamatos árammal, csúcsárammal és funkcióval
- Pontos adat- és videoprotokollok, kábelek felépítése, kábelhosszak és csatlakozók
- Maximális átmérő, hossz, furat, tömeg és nyomaték
- Sebesség, irány{0}}változási minta és várható küldetési ciklusok
- Üzemi és tárolási hőmérséklet, ütés, vibráció, por, víz és korrózió
- Szükséges élettartam, redundancia, nyomon követhetőség és átvételi tesztek
- Prototípus mennyiség, gyártási becslés és cél ütemezés
A teljes követelménycsomag lehetővé teszi a mérnöki csapat számára, hogy ajánljon egy meglévő tervet, ha az megfelelő, és azonosítsa a valódi testreszabási igényeket, ha nem.
GYIK
K: Egy UAV csúszógyűrű képes egyszerre energiát és adatokat továbbítani?
V: Igen. A tápellátás, a vezérlés, a videó és az adatok egy szerelvényen oszthatók meg, ha az áramkörök a sajátos elektromos és jeligényeik szerint vannak megtervezve és elrendezve. Az érzékeny csatornák szabályozott impedanciát, árnyékolást vagy nagyobb teljesítményű áramköröktől való elválasztást igényelhetnek.
K: Milyen típusú csúszógyűrű a legjobb drón gimbalhoz?
V: A kapszula kialakítását gyakran először akkor értékelik ki, ha a gimbal kompakt, és nincs szüksége központi átjáróra. Az átmenő-lyuk egység megfelelőbb, ha egy tengelynek, optikai útnak vagy egyéb szolgáltatásnak át kell haladnia a központon. A végső választás továbbra is a nyomatéktól, az adatoktól, a környezettől és az életciklustól függ.
K: Mikor kell mérlegelni az egyedi tervezést?
V: Fontolja meg a testreszabást, ha egyetlen szabványos termék sem felel meg a borítékra, tömegre, nyomatékra, áramkör-kombinációra, protokollra, csatlakozóra, tömítésre, élettartamra vagy nyomon követhetőségre vonatkozó mérhető követelményeknek.
K: Hogyan kell tesztelni az Ethernet vagy a HD videót?
V: Tesztelje a teljes forgó linket a tervezett kábelekkel, csatlakozókkal, sebességgel és mozgásprofillal. Mérje meg a kapcsolat stabilitását, a videó folytonosságát és a csomag- vagy bithibákat, ahelyett, hogy csak ellenállás- vagy folytonosság-ellenőrzésre hagyatkozna.
K: Mikor csatlakozzon a csúszó{0}}gyűrű beszállítója a projekthez?
V: Mielőtt a gimbal boríték, a csatlakozók elrendezése és a kábelköteg elvezetése lefagyna. A korai felülvizsgálat mindkét csapat számára nagyobb szabadságot biztosít a szabványos architektúra használatában vagy a célzott változtatások elvégzésében, szükségtelen újratervezés nélkül.
Következtetés
A megfelelő UAV csúszógyűrű rendszerszinten van kiválasztva. Kezdje azzal, hogy megerősíti, hogy az elektromos szolgáltatásoknak valóban át kell haladniuk egy folyamatosan forgó kötésen. Ezután határozza meg a csatornamátrixot, a protokollkövetelményeket, a mechanikai burkot, a nyomatékot, a környezetet és az életciklust, mielőtt összehasonlítaná az architektúrákat vagy a termékmodelleket.
Egy határozott javaslatnak nem csak azt kell megmagyaráznia, hogy hány áramkör áll rendelkezésre, hanem azt is, hogy a tervezés hogyan fogja megőrizni a teljesítményt, az adatokat és a mechanikai teljesítményt a valós küldetésprofilon keresztül. Ha készen állnak a követelmények,lépjen kapcsolatba a mérnöki csapattala csatornamátrixszal és az integrációs korlátokkal egy szabványos-termékértékeléshez vagy egy célzott egyéni értékeléshez.