Inspektorrobotid teenivad end seal, kus inimesed ei pääse kergesti: pingestatud torujuhtmetes, kanalisatsioonitrassides, ballastimahutites, HVAC-kanalites, turbiinide korpustes ja suletud protsessiseadmetes. Peaaegu kõik need platvormid toetuvad vähemalt ühele pöörlevale-alam-sõlmele -, kaldekaamera pea-kallutamisele, skaneeriva anduri tornile, kaablirullile või robotliigendile -, mis peab pidevalt pöörates jõudu ja signaali edasi andma.
Komponent, mis selle vaikselt võimalikuks teeb, on libisemisrõngas. Saage valesti ja robot kaotab video keskel-ülevaatuse, kinnitus kiilub või kaamera seiskub, kuna pöörlev liides lisab liiga palju pöördemomenti. Tehke kõik õigesti ja liugrõngas muutub nähtamatuks -, mis on eesmärk.
See juhend on kirjutatud libisemisrõnga rakenduse inseneri vaatenurgast. See hõlmab seda, mida kompaktsed libisemisrõngad kontrolliroboti sees tegelikult tegema peavad, kuidas neid mooduli ja keskkonna järgi määrata ning parameetreid, mis otsustavad, kas üksus jääb põllul ellu.
Miks vajavad kontrollirobotid kompaktseid libisemisrõngaid?
Ülevaatusrobotid on loodud kolme tugeva piirangu ümber: väike mehaaniline ümbris, sujuv katkematu liikumine ja puhas signaaliedastus pöörleva liigendi kaudu. Otsene-juhtmega lahendus ebaõnnestub kõigis kolmes hetkes, kui kaamera või rull vajab rohkem kui umbes ±180 kraadi liikumist - kaablid väänavad, vasktöö-kõveneb, varjestavad praod ja signaali terviklikkus laguneb ammu enne juhtme füüsilist purunemist.
Kompaktne libisemisrõngas lahendab selle, luues juhitava pöörleva elektriliidese roboti fikseeritud korpuse ja selle liikuva mooduli vahele. Tüüpilise roomiku- või toruroboti sees asub see liides tavaliselt ühes järgmistest asukohtadest:
- Pan-kallutatavad või 360-kraadised kaamerapead
- Pöörlevad anduri tornid (LIDAR, ultraheli, termiline)
- Juhipoolsele küljele paigaldatud kaablirullid
- Robotkäed, manipulaatorid või juhitavad liigendid
- Pöörleva optika külge kinnitatud rõngas-valgusti või LED-valgustus
- Kodeerija, IMU või limiit{0}}lüliti ahelad, mis on manustatud torni
Kuna peremeesroboti läbimõõt on sageli vaid 50–150 mm, peab libisemisrõngas olema piisavalt väike, et see ei pumbata korpust täis ega piirata väikseimat toru suurust, kuhu robot võib siseneda. Paar millimeetrit täiendavat välisläbimõõtu võib tähendada erinevust kanalisatsioonitorustiku DN100 ja DN150 juures kinnijäämise vahel.
Kuidas libisemisrõngas kontrollirobotis töötab
Mehaaniliselt on libisemisrõngal staator (fikseeritud harjad või kiudkontaktid) ja rootor (juhtivad rõngad, mis on eraldatud isolaatoritega). Rootori pöörlemisel hoiavad harjad libisevat elektrilist kontakti iga rõngaga, nii et iga vooluahel püsib pidevana sõltumata nurgaasendist.DigiKey ülevaade pöörlevatest elektripistikutestkirjeldab sama korraldust ja on hea aabits, kui meeskond on komponendiga uus.
Kontrollroboti sees maandub staator tavaliselt roboti korpusele, juhtplaadile, aku juhtmestikule või lõa otsale. Rootor ühendub kõigega, mis pöörleb - kõige sagedamini kaamera, anduripea, valgustusrõnga või trumliga. Sõltuvalt arhitektuurist võib üks kompaktne seade kanda:
- Toide kaamerale, tuledele, mootoritele või kütteseadmetele
- Analoogsignaalid temperatuuri-, gaasi- või deformatsioonianduritelt
- Digitaalsed juhtsiinid (CAN, RS-485, RS-232)
- Komposiit- või HD{0}}SDI-video
- Ethernet (100Base-TX või Gigabit)
- USB 2.0 või USB 3.0
- Kodeerija tagasiside ja avarii{0}}seiskamistsüklid
Lihtne ROV-kaamera võib vajada nelja kuni kuut vooluringi. Täiustatud kontrollpea koos HD-video, LED-hämardamise, kallutusmootorite ja keskkonnaanduriga suudab hõlpsasti jõuda 18–24 ahelani ühes kapsli korpuses.
Valimine robotmooduli järgi
Sama roboti sees olevad erinevad pöörlevad moodulid jagavad harva samu libisemisrõnga nõudeid. Libisemisrõnga käsitlemine ühe osana kolme või nelja erineva valikuprobleemi asemel on üks levinumaid integreerimisvigu.
Pöörlevad kaamerapead
Domineeriv piirang on signaali terviklikkus. HD-SDI, LVDS ja Etherneti kaamera lingid on kontakti takistuse varieerumise suhtes tundlikud, seega peaks libisemisrõngas määrama varjestatud keerdpaari marsruutimise, eraldatud toite- ja signaalikanalid ning kuldsed-on-kuldkontaktid madala-taseme signaalide jaoks. Akapsli libisemisrõngas6–12 vooluringiga 12–22 mm läbimõõduga katab enamiku panoraam-{4}}kallutatud kaamerapead. Kõrgema eraldusvõimega video vaatamiseks vaadake ühikuid, mille jaoks on selgelt hinnatudEtherneti edastus läbi pöördliigendiüldiste andmekanalite asemel.
Andurite tornid
Anduripead segavad tavaliselt ühte või kahte toiteliini peotäie madalpinge{0}}analoog- või RS-485 kanalitega. Crosstalk on olulisem kui töötlemata ribalaius. Asignaali libisemisrõngas, mis on mõeldud robootika, ROV-ide ja UAV-de jaokspakub tavaliselt õiget kanalite arvu ja varjestusstrateegiat, maksmata video ribalaiuse eest, mida torn kunagi ei kasuta.
Lõastatud kaablirullid
Reel libisemisrõngad elavad teistsugust elu. Need pöörlevad aeglaselt, kuid koguvad süsteemi eluea jooksul miljoneid pöördeid ning kannavad endas kogu võimsust ja andmeside. Tavaliselt eelistatakse läbiva-ava konstruktsioone, et rulli võll saaks läbi keskpunkti. Selleskaablirulli libisemisrõnga rikke põhjused ja lahendused.
Robotliigendid ja manipulaatorid
Vuugid vajavad sageli õõneskeskust kaablite ja pneumaatiliste või hüdroliinide jaoks. Aläbi-ava libisemisrõngaava suurusega 5 mm kuni 50 mm sobib enamiku kompaktsete manipulaatorite konstruktsioonidega. Kui liigend läbib ka õhku või vedelikku, ühendab hübriidne pneumaatiline-elektriseade kaks läbipääsu- üheks sõlmeks.
Valimine töökeskkonna järgi
Keskkond kujundab spetsifikatsioonilehte vähemalt sama palju kui mooduli funktsioon. Kolm keskkonda hõlmavad enamikku kontrollrobotite juurutamistest.
Torustiku ja kanalisatsiooni ülevaatus
Oodake vees sukeldumist, vesiniksulfiidi, süsivesinikke, peeneteralist ja sagedast kõrgsurvepesu{0}}. Libisemisrõngas vajab suletud kaabliväljundeid ja kinnitatud korpuse reitingut. Enamiku kanalisatsiooni roomikute jaoks on IP65 toimiv miinimum kaamera otsas ja IP67 või IP68 rulli otsas. IEC määratleb need tasemed täpseltIEC 60529, korpuste pakutavad kaitseastmed- "veekindel" määramisest ilma IP-koodi nimetamata ei piisa.
Turbiini, boileri ja kõrge{0}}temperatuuri kontroll
Temperatuur ja vibratsioon juhivad disaini. Üle 80 kraadi muutuvad harja materjalid (grafiit-metallikomposiidid või vääris-metallikiudharjad), isolatsioonivaigusüsteemid muutuvad ja määrdeained eemaldatakse tavaliselt. Vibratsioon kiirendab ka kontakti mikro{5}närvimist, seega tuleb kontakti survet ja harja geomeetriat vähendada.
Pääste- ja ohtlikud{0}}keskkonnarobotid
Need platvormid näevad lööke, tolmu, suitsu, vedelikke ja ettearvamatuid mehaanilisi koormusi. Töökindlusvaru on olulisem kui miinimumsuurus. Määrake töötsükkel soovitatust kõrgem pöörete eluiga ja kinnitage löögi- ja vibratsioonitesti andmed, selle asemel, et tugineda standardsele andmelehele.
Kompaktse libisemisrõnga tüübi võrdlus
Allolevad neli struktuuri hõlmavad peaaegu kõiki kontrollroboti kasutusjuhtumeid. Õige valik langeb tavaliselt kahest küsimusest välja: kas vajate õõnsat keskpunkti ja kui suur on telgpikkus?
| Tüüp | Parim jaoks | Peamine piirang | Tüüpiline kontrollroboti kasutamine |
|---|---|---|---|
| Kapsel | Kompaktsed, täielikult suletud paigaldised ilma keskvõllita | Kanalite arv on tavaliselt 24; läbiva-ava puudub | Pan-kallutatavad kaamerapead, väikesed anduritornid, valgustusrõngad |
| Läbi{0}}puur | Disainid, mis vajavad keskvõlli, kaablikimpu või vedelikutoru | Sama kanalite arvu jaoks suurem välisläbimõõt kui kapslil | Kaablirullid, robotliigendid, suured pöörlevad tornid |
| Pannkook | Väga piiratud aksiaalne pikkus | Suurem radiaalne jalajälg; madalam pöörlemisiga kui tünnidel | Lame{0}}paigaldatud sõlmed, kus kõrgus on piirang |
| Hübriid elektriline / fiiberoptiline | Suure{0}}ribalaiusega video- või anduriandmed, mis on suuremad kui vask suudab usaldusväärselt töödelda | Kõrgem hind, keerulisem joondus, pikem teostusaeg | 4K või mitme{1}}kaamera kontrollpead, suure-kiirusega LIDAR tornid |
Enamiku kompaktsete kontrollrobotite puhul on valik kapsli ja väikese vahelpannkoogi slip ringkaamera otsas ja läbiva-avaga üksus rulli otsas.
Kompaktse libisemisrõnga spetsifikatsiooni kontroll-loend
Enne pakkumise saatmist täitke allolev tabel. Iga tühi lahter on küsimus, mille tarnija peab niikuinii küsima, ja vastuseta küsimused on suurim põhjus, miks noteeritud ühikud valesti tulevad.
| Parameeter | Inspekteerimisrobotite tüüpiline ulatus | Tehniline märkus |
|---|---|---|
| Välisläbimõõt (OD) | 6,5 – 50 mm | Väikseimast torust või korpusest juhituna peab robot sisenema |
| Üldpikkus | 15-80 mm | Sisaldab pliist patsid ja ühendusi |
| Vooluahelad | 2 – 24 | Hilinenud disainimuudatuste jaoks lisage 10–20% varuahelaid |
| Pinge nimiväärtus | Kuni 240 V AC/DC | Eraldi roomamine toite- ja signaalikanalite jaoks |
| Voolu vooluringi kohta | 1–10 A tüüpiline, kuni 30 A mootoriliinide jaoks | Vähendage pideva töö ja ümbritseva õhu temperatuuri jaoks |
| Signaali tüübid | Analoog, RS-485, CAN, USB 2.0/3.0, Ethernet, HD-SDI | Nimetage protokoll, mitte lihtsalt "signaal" |
| IP reiting | IP54 – IP68 | Minimaalne IP67 kanalisatsiooni-/sukeldamistöödel |
| Töömoment | 0.05 – 0.3 N·m | Kriitiline väikeste alalisvoolu pan{0}}kallmootorite jaoks |
| Pöörlemiskiirus | Tüüpiline 0–300 pööret minutis | Kõrgemad pöörded vajavad teistsugust harja geomeetriat |
| Kasutusaeg | 10M – 100M pööret | Hinnanguline pöörete arv × töötsükkel × projekti eluiga |
| Töötemperatuur | –20 kraadi kuni +80 kraadi standard | Laiendage turbiinitöödeks mõeldud materjalidega |
Praktiline valiku töövoog
Samm 1 - Määrake pöörlemisprofiil
Alusta liikumisest. Kas pöörlemine on pidev või piiratud ±N kraadiga? Mis on tüüpiline ja maksimaalne pöörete arv? Mitu pööret ülevaatuse kohta ja mitu kontrolli projekti eluea kohta? Kui pidev pöörlemine ei ole rangelt nõutav ja kogu käik jääb ligikaudu ±270 kraadi piiresse, võib painduv kaablisilmus siiski olla odavam ja kergem kui liugrõngas. Peale seda on libisemisrõngas peaaegu alati puhtam vastus.
Samm 2 - Kaardista iga ringrada
Koostage vooluahela tabel, milles on loetletud funktsioonid, pinge, vool, signaali tüüp, varjestusnõue ja pistik. Kaasake väikesed silmused, mille inimesed unustavad - šassii maandus, kodeerija indeks, lambi hämardamine, e-peatus. Kaart on kõige kasulikum dokument, mida tarnija võib saada.
Samm 3 - Määrake signaali käitumine, mitte ainult järjepidevus
Toitekanalid hoolivad voolutugevusest ja kontakttakistusest. Video- ja Etherneti kanalid hoolivad impedantsi juhtimisest, tagastuskadudest ja kanalite -to{2}}isolatsioonist. Märkige, mida kanal tegelikult kannab - "Gigabit Ethernet, 100 Ω diferentsiaal, varjestatud", mitte "andmed" - ja disainimeeskond saab valida õiged kontaktmaterjalid ja marsruutimise.
Samm 4 - Kinnitage mehaaniline integratsioon
Kontrollige saadaolevat läbimõõtu, pikkust, paigaldusliidest (kruvid, äärik, komplekt{0}}krae), kaabli painderaadiust, väljumissuunda ning kaugust libisemisrõnga ja mis tahes mootori või VFD vahel, mis võib müra tekitada. Kompaktseid liugrõngaid on sageli lihtne paberile sobitada ja praktikas üllatavalt raske traadiga ühendada.
Samm 5 - Sobitage keskkond
Valige õigeLibisemisrõnga töökeskkonna IP-reiting, seejärel veenduge, et kaabli ümbris ja pistik vastavad sellele reitingule - pitseerimata patsiga suletud korpus ei ole pitseeritud. Keemilise kokkupuute korral küsige konkreetselt korpuse ja tihendi materjali, mitte ainult IP-koodi.
Samm 6 - Kinnitage enne lõplikku integreerimist
Enne BOM-i lukustamist käivitage valideerimine põllulähedastes tingimustes. Kasulikud kontrollid hõlmavad pöörlemist nimikoormusel, pideva liikumise ajal mõõdetud video või Etherneti kvaliteeti, pöördemomendi mõõtmist temperatuuril, vibratsiooni pühkimist ja pikka-pöörlemistesti, mis on vähemalt 10% eeldatavast kasutuseast. Üksus, mis läbib 30-sekundilist pingi pöörlemist, võib kontaktkile kogunemisest tuleneva 100 000 pöörde juures siiski ebaõnnestuda.
Levinud vead, mida vältida
Ainuüksi suuruse valimine.6,5 mm OD kapsel on muljetavaldav, kuid kui see ei suuda kaamera HD-videot ilma vahelduvate katkestusteta kanda, on see vale osa.
Signaali kvaliteedi käsitlemine tarnija probleemina.Varjestus, maandus ja toite- ja signaalikanalite suunamine on libisemisrõnga inseneri ja roboti integraatori ühised otsused. Arutage neid enne juhtumi töötlemist.
Keskkonna alahindamine.Seade, mis läbib siseruumides puhta tõmbekatse, võib kolmenädalase kanalisatsioonipesu korral ebaõnnestuda. Sobitage kvalifikatsioon taotlusega.
Võimsuse ja tundlike signaalide segamine ilma isolatsioonita.Analoogsensori kanali kõrval asuvad samm-mootori liinid ühendavad müra olenemata sellest, kui head kontaktid on. Planeerige lahkuminek algusest peale.
Libisemisrõnga määramine viimasena.Korpuse fikseerimise ajaks on libisemisrõnga valik piiratud sellega, mis sobib, mitte sellele, mis on parim. Tooge see disaini ülevaatusse mootori ja kaameraga samas etapis.
Korduma kippuvad küsimused
Kas kontrollrobotid vajavad alati libisemisrõngast?
Ei. Kui pöörlev moodul peab läbima ainult piiratud kaare -, tavaliselt vähem kui ±270 kraadi -, võib nõuetekohaselt hinnatud painduva kaabli hooldusahel olla kergem ja odavam. Libisemisrõngad muutuvad vajalikuks, kui on vaja pidevat 360-kraadist pöörlemist või kui kaabli väsimine korduvast keerdumisest ületaks projekti hoolduseelarve.
Mis tüüpi libisemisrõngas on pöörleva kaamerapea jaoks parim?
Enamiku pan-kallutus- ja 360-kraadiste kontrollkaamerate puhul katab kasutusjuhtumi väike kapsliüksus 12–22 mm OD ja 6–12 vooluringiga. Kui kaamera edastab HD-SDI-d või Gigabit Etherneti, veenduge, et seade on selle konkreetse protokolli jaoks kvalifitseeritud, mitte ei käsitleta seda üldise signaalikanalina.
Kas kompaktne libisemisrõngas suudab edastada Etherneti, USB- või HD-videot?
Jah, kuid disain peab seda selgelt toetama. Gigabit Ethernet nõuab kontrollitud impedantsi kontakte ja tihedat paarimarsruutimist; HD-SDI talub lõdva signaalikäsitlust palju vähem kui analoogvideo; USB 3.0 on neist kolmest kõige nõudlikum ja suunab disaini tavaliselt hübriid- või spetsiaalselt loodud seadme poole. Veenduge, et tarnija on mõõtnud teie vajaliku protokolli silma-mustrite andmeid.
Kui väike saab kompaktne libisemisrõngas reaalselt olla?
Tootmiskapsli libisemisrõngad algavad umbes 5–7 mm OD kahe ahelaga. Sellest madalamal muutuvad kujundused kohandatud ja kompromissid praeguses reitingus ja kasutuseas{3}}oluliseks muutuvad. Tüüpilise 100 mm-läbimõõduga toruroboti jaoks on 12–22 mm OD kapsel parim koht.
Kuidas valida kanalisatsioonikontrolli robotile libisemisrõngas?
Alustage IP reitingust. Kaamera-külgüksus vajab pritsmete ja kõrgsurvepuhastuse jaoks vähemalt IP65 ning rulli-külgmine või sukeldatud seade vajab tavaliselt IP67 või IP68. Veenduge, et kaabli väljund ja pistik vastavad sellele hinnangule. Seejärel määrake kaamera signaalitüübile sobiv suurus - kõige kaasaegsemad kanalisatsiooniroomikud kasutavad HD-SDI-d või Etherneti, mis mõlemad nõuavad kindlaid signaali{10}}reitinguga kanaleid.
Standardosa või kohandatud konstruktsioon?
Tavaliste kontrollrobotite konstruktsioonide jaoks sobib standardne kataloogiosa ja tavaliselt on selle teostusaeg lühem. Akohandatud libisemisrõnga konfiguratsioonon täiendavat tehnilist tööd väärt, kui rakendus ühendab ebatavalised piirangud -, näiteks mittestandardse OD, pneumaatilise ja elektrilise{2}}läbipääsu või suure-kanali-arvuga Etherneti ja HD-videopaketi.
Järeldus
Kompaktsed libisemisrõngad ei ole iga kontrollroboti jaoks - hädavajalikud, kuid igal pidevalt pöörleva kaamera, anduritorni või kinnitusrulliga platvormil jõuavad need peaaegu alati kriitilisele teele. Õige seade sobib mehaanilise ümbrisega, kannab tegelikke kasutusel olevaid signaalitüüpe, pöörleb valitud mootori jaoks piisavalt madala pöördemomendiga ja elab reaalses keskkonnas eeldatava pöörete arvu jooksul.
Kõige usaldusväärsem valikuprotsess on igav: määratlege pöörlemisprofiil, kaardistage iga vooluring, pange igale signaaliprotokollile nimi, lukustage IP-reiting keskkonda ja kinnitage kujundus põllulähedastes tingimustes. Programmi alguses tehtud töö lisab tavaliselt paar tundi. Hilinemisega tehtud, lisab see tavaliselt ümberkujunduse.