حلقه های لغزنده فشرده برای ربات های بازرسی: چه چیزی باید مشخص شود

ربات‌های بازرس در جایی که انسان‌ها نمی‌توانند به راحتی بروند، به دست می‌آورند: داخل خطوط لوله زنده، شبکه‌های فاضلاب، مخازن بالاست، کانال‌های HVAC، محفظه‌های توربین و تجهیزات فرآیند محدود. تقریباً هر یک از این پلت‌فرم‌ها حداقل به یک زیر-مجموعه دوار - یک پان-سر دوربین شیب‌دار، یک برجک حسگر اسکن، یک حلقه کابل اتصال یا یک اتصال روباتیک - متکی هستند که باید در حین چرخش مداوم، قدرت و سیگنال را ارائه دهد.

مؤلفه ای که بی سر و صدا این امکان را فراهم می کند حلقه لغزش است. اشتباه متوجه شوید و ربات در اواسط{1}}بازرسی، ویدیو را از دست می‌دهد، اتصال اتصال را از دست می‌دهد، یا دوربین متوقف می‌شود زیرا رابط چرخشی گشتاور زیادی اضافه می‌کند. درست انجام دهید و حلقه لغزش نامرئی می شود - که هدف است.

این راهنما از دیدگاه مهندسی نرم افزار Slip ring نوشته شده است. این پوشش می‌دهد که حلقه‌های لغزشی فشرده در داخل یک ربات بازرسی چه کاری باید انجام دهند، نحوه تعیین آنها بر اساس ماژول و محیط، و پارامترهایی که تصمیم می‌گیرند یک واحد در میدان زنده بماند یا خیر.

چرا ربات های بازرسی به حلقه های لغزنده فشرده نیاز دارند؟

ربات‌های بازرسی حول سه محدودیت سخت طراحی شده‌اند: یک پوشش مکانیکی کوچک، حرکت صاف بدون وقفه، و انتقال سیگنال تمیز بر روی مفصل دوار. یک راه حل مستقیم سیمی-در لحظه ای که دوربین یا قرقره به بیش از 180 ± درجه سفر نیاز دارد، کابل ها بپیچند، کار مسی-سخت شود، ترک های محافظ، و یکپارچگی سیگنال مدت ها قبل از اینکه سیم از نظر فیزیکی پاره شود، از کار می افتد.

یک حلقه لغزش فشرده این مشکل را با ایجاد یک رابط الکتریکی چرخشی کنترل شده بین بدنه ثابت ربات و ماژول متحرک آن حل می کند. در داخل یک ربات خزنده یا لوله معمولی، آن رابط معمولاً در یکی از این مکان‌ها قرار دارد:

• چرخاندن{0}}سرهای دوربین 360 درجه
• برجک های سنسور دوار (LIDAR، اولتراسونیک، حرارتی)
• قرقره های کابل تتر در سمت اپراتور نصب شده است
• بازوهای رباتیک، دستکاری‌ها یا مفاصل قابل هدایت
• مجموعه‌های نور حلقه‌ای- یا LED متصل به نوری چرخان
• رمزگذار، IMU، یا حلقه‌های سوئیچ محدود{0}} تعبیه‌شده در برجک

از آنجایی که ربات میزبان اغلب فقط 50 تا 150 میلی متر قطر دارد، حلقه لغزش باید به اندازه ای کوچک باشد که محفظه را باد نکند یا کوچکترین اندازه لوله را که ربات می تواند وارد کند محدود نکند. چند میلی متر قطر خارجی اضافی می تواند به معنای تفاوت بین دسترسی به خط فاضلاب DN100 و گیر کردن در DN150 باشد.

چگونه یک حلقه لغزنده در یک ربات بازرسی کار می کند

از نظر مکانیکی، یک حلقه لغزش دارای یک استاتور (برس های ثابت یا تماس های فیبر) و یک روتور (حلقه های رسانا که توسط عایق ها از هم جدا می شوند) است. با چرخش روتور، برس ها یک تماس الکتریکی لغزنده را با هر حلقه حفظ می کنند، بنابراین هر مدار بدون توجه به موقعیت زاویه ای، پیوسته می ماند.نمای کلی DigiKey در مورد اتصالات الکتریکی دوارهمین ترتیب را توصیف می‌کند و اگر تیم تازه وارد این مؤلفه باشد، آغازگر خوبی است.

در داخل یک ربات بازرسی، استاتور به طور معمول بر روی بدنه ربات، PCB کنترل، مهار باتری یا پایانه اتصال قرار می گیرد. روتور به هر چیزی که در حال چرخش است وصل می شود - اغلب یک دوربین، سر حسگر، حلقه روشنایی، یا درام قرقره. بسته به معماری، یک واحد فشرده ممکن است موارد زیر را داشته باشد:

• برق برای دوربین، چراغ، موتور، یا بخاری
• سیگنال های آنالوگ از سنسورهای دما، گاز یا کرنش
• اتوبوس های کنترل دیجیتال (CAN، RS-485، RS-232)
• ویدیوی ترکیبی یا HD{0}SDI
• اترنت (100Base-TX یا Gigabit)
• USB 2.0 یا USB 3.0
• بازخورد رمزگذار و حلقه‌های توقف اضطراری-

یک دوربین ROV ساده ممکن است به چهار تا شش مدار نیاز داشته باشد. یک سر بازرسی پیشرفته با ویدیوی HD، نور LED، موتورهای شیب{1}} و حسگر محیطی می‌تواند به راحتی به 18 تا 24 مدار در یک بدنه کپسول دسترسی پیدا کند.
 

انتخاب توسط ماژول ربات

ماژول های چرخان مختلف در داخل یک ربات به ندرت نیازهای حلقه لغزشی یکسانی دارند. در نظر گرفتن "حلقه لغزش" به عنوان یک قسمت به جای سه یا چهار مشکل انتخاب جداگانه یکی از رایج ترین اشتباهات یکپارچه سازی است.

سرهای دوربین چرخان

محدودیت غالب یکپارچگی سیگنال است. پیوندهای دوربین HD-SDI، LVDS و اترنت به تغییرات مقاومت تماس حساس هستند، بنابراین حلقه لغزش باید مسیریابی جفت پیچ خورده محافظ، کانال‌های برق و سیگنال تفکیک شده، و تماس‌های طلایی-روی{4}طلا را برای سیگنال‌های سطح پایین مشخص کند. الفحلقه لغزش کپسولبا 6 تا 12 مدار در OD 12 تا 22 میلی متر، اکثر سرهای دوربین شیب دار پان{4}}را پوشش می دهد. برای ویدیو با وضوح بالاتر، به واحدهایی که صریحاً برای آنها رتبه بندی شده است نگاه کنیدانتقال اترنت در سراسر مفصل دواربه جای کانال های "داده" عمومی.

برجک های حسگر

سرهای حسگر معمولاً یک یا دو خط برق را با تعداد انگشت شماری کانال آنالوگ ولتاژ پایین یا RS-485 ترکیب می‌کنند. Crosstalk بیشتر از پهنای باند خام اهمیت دارد. الفحلقه لغزش سیگنال برای روباتیک، ROVها و پهپادها طراحی شده استمعمولاً تعداد کانال ها و استراتژی محافظتی مناسب را بدون پرداخت هزینه برای پهنای باند ویدیویی که برجک هرگز استفاده نمی کند ارائه می دهد.

قرقره کابل تتر

حلقه های لغزنده قرقره زندگی متفاوتی دارند. آنها به آرامی می چرخند اما میلیون ها چرخش را در طول عمر سیستم انباشته می کنند و قدرت کامل و اتصال داده را حمل می کنند. طرح‌های از طریق سوراخ‌های{2}}معمولاً ترجیح داده می‌شوند تا محور قرقره بتواند از مرکز عبور کند. حالت‌های معمول خرابی قرقره‌های جانبی - سایش ناهموار برس، ایجاد لایه تماس-و خرابی آب‌بندی تحت شستشو - به خوبی در این تحلیل مستند شده است.علل و راه حل های خرابی حلقه لغزش حلقه کابل.

مفاصل رباتیک و دستکاری

مفاصل اغلب به یک مرکز توخالی برای کابل کشی و خطوط پنوماتیک یا هیدرولیک نیاز دارند. الفاز طریق-حلقه لغزندهبا اندازه های سوراخ از 5 میلی متر تا 50 میلی متر مناسب اکثر طرح های دستکاری کننده های فشرده است. اگر اتصال هوا یا سیال را نیز از خود عبور دهد، یک واحد الکتریکی پنوماتیک هیبریدی-دو عبور- را در یک مجموعه ادغام می‌کند.
 

انتخاب بر اساس محیط عملیاتی

محیط حداقل به اندازه عملکرد ماژول، برگه مشخصات را شکل می دهد. سه محیط اکثر استقرار ربات های بازرس را پوشش می دهند.

بازرسی خطوط لوله و فاضلاب

انتظار غوطه ور شدن در آب، سولفید هیدروژن، هیدروکربن ها، شن ریز و شستشوی مکرر{0}فشار بالا را داشته باشید. حلقه لغزنده نیاز به خروجی کابل مهر و موم شده و رتبه بندی محفظه تایید شده دارد. برای اکثر خزنده های فاضلاب، IP65 حداقل قابل اجرا در انتهای دوربین و IP67 یا IP68 در انتهای قرقره است. IEC این سطوح را دقیقاً در تعریف می کندIEC 60529، درجات حفاظت ارائه شده توسط محفظه ها- مشخص کردن "ضد آب" بدون نامگذاری کد IP کافی نیست.

توربین، دیگ بخار، و{0}}بازرسی دمای بالا

دما و ارتعاش طراحی را هدایت می کنند. در دمای بالای 80 درجه، مواد برس تغییر می‌کنند (گرافیت-کامپوزیت‌های فلزی یا برس‌های الیاف فلزی گرانبها)، سیستم‌های رزین عایق تغییر می‌کنند و روان‌کننده‌ها معمولاً حذف می‌شوند. ارتعاش همچنین باعث تسریع ریز{5}}فرستگی در تماس می‌شود، بنابراین فشار تماس و هندسه قلم مو باید کاهش یابد.

ربات های نجات و محیط زیست خطرناک{0}

این سکوها شوک، گرد و غبار، دود، مایعات و بارهای مکانیکی غیرقابل پیش بینی را مشاهده می کنند. حاشیه قابلیت اطمینان بیشتر از اندازه حداقل اهمیت دارد. یک درجه عمر چرخشی بالاتر از آنچه که چرخه کار نشان می دهد مشخص کنید و داده های تست شوک و لرزش را به جای تکیه بر برگه داده استاندارد تأیید کنید.

مقایسه نوع حلقه لغزش فشرده

چهار ساختار زیر تقریباً هر مورد استفاده از ربات بازرسی را پوشش می دهد. انتخاب درست معمولاً از دو سؤال خارج می شود: آیا به مرکز توخالی نیاز دارید و طول محوری چقدر در دسترس است؟

برای اکثر ربات های بازرسی فشرده، انتخاب بین کپسول و کوچک استانگشتر پنکیکدر انتهای دوربین، و یک واحد سوراخ{0}}در انتهای قرقره.
 

چک لیست مشخصات حلقه لغزش فشرده

قبل از ارسال RFQ، جدول زیر را پر کنید. هر سلول خالی سؤالی است که تأمین‌کننده باید بپرسد، و سؤالات بی‌پاسخ تنها دلیل اشتباه بودن واحدهای نقل‌شده است.

گردش کار انتخاب عملی

مرحله 1 - نمایه چرخش را تعریف کنید

با حرکت شروع کنید. آیا چرخش پیوسته است یا محدود به ±N درجه؟ معمولی و حداکثر دور در دقیقه چیست؟ چند دور در هر بازرسی، و چند بازرسی در هر عمر پروژه؟ اگر چرخش مداوم به شدت مورد نیاز نباشد و کل سفر در حدود ± 270 درجه باقی بماند، یک حلقه کابل انعطاف پذیر ممکن است ارزان تر و سبک تر از یک حلقه لغزنده باشد. گذشته از آن، حلقه لغزش تقریبا همیشه پاسخ تمیزتر است.

مرحله 2 - نقشه هر مدار

یک جدول مدار بسازید که عملکرد، ولتاژ، جریان، نوع سیگنال، نیاز محافظ و کانکتور را فهرست کند. حلقه‌های کوچکی را که افراد - زمین شاسی، شاخص رمزگذار، کم‌نور لامپ، e{2}}توقف را فراموش می‌کنند، شامل شود. نقشه تنها مفیدترین سندی است که یک تامین کننده می تواند دریافت کند.

مرحله 3 - رفتار سیگنال را مشخص کنید، نه فقط تداوم

کانال های برق به رتبه بندی جریان و مقاومت تماس اهمیت می دهند. کانال‌های ویدئویی و اترنت به کنترل امپدانس، از دست دادن بازگشت و جداسازی کانال-به-کانال اهمیت می‌دهند. بیان کنید که کانال واقعاً چه چیزی را حمل می کند - "گیگابیت اترنت، 100 Ω دیفرانسیل، محافظ" به جای "داده" - و تیم طراحی می تواند مواد تماس و مسیریابی مناسب را انتخاب کند.

مرحله 4 - یکپارچگی مکانیکی را تأیید کنید

قطر، طول، رابط نصب (پیچ، فلنج، یقه تنظیم)، شعاع خم شدن کابل، جهت خروج، و فاصله بین حلقه لغزش و هر موتور یا VFD که می‌تواند نویز را جمع کند را بررسی کنید. حلقه های لغزنده فشرده اغلب به راحتی روی کاغذ قرار می گیرند و در عمل به طرز شگفت انگیزی سیم کشی آنها سخت است.

مرحله 5 - مطابقت با محیط

درست را انتخاب کنیدرتبه IP برای محیط عملیاتی حلقه لغزش، سپس بررسی کنید که روکش کابل و رابط نیز مطابق با رتبه - بدنه مهر و موم شده با پیگتیل غیر مهر و موم نشده باشد. برای قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی، به طور خاص از محفظه و مواد مهر و موم بخواهید، نه فقط یک کد IP.

مرحله 6 - اعتبارسنجی قبل از ادغام نهایی

قبل از قفل کردن BOM، اعتبارسنجی را در شرایط نزدیک به میدان اجرا کنید. بررسی‌های مفید شامل چرخش تحت بار نامی، کیفیت ویدیو یا اترنت اندازه‌گیری شده در حین حرکت پیوسته، اندازه‌گیری گشتاور در دما، جابجایی ارتعاش، و تست چرخش طولانی مدت حداقل 10 درصد از عمر مورد انتظار است. واحدی که چرخش نیمکت 30-ثانیه ای را پشت سر بگذارد همچنان می تواند در علامت 100,000 دور از ساخت فیلم تماس با شکست مواجه شود.

اشتباهات رایجی که باید از آنها اجتناب کنید

انتخاب اندازه به تنهایییک کپسول 6.5 میلی متری OD چشمگیر است، اما اگر نمی تواند ویدیوی HD دوربین را بدون افت متناوب حمل کند، قسمت اشتباهی است.

در نظر گرفتن کیفیت سیگنال به عنوان مشکل تامین کننده.محافظ، زمین و مسیریابی کانال های قدرت در مقابل سیگنال تصمیمات مشترک بین مهندس حلقه لغزش و یکپارچه ساز ربات است. قبل از ماشینکاری در مورد آنها بحث کنید.

دست کم گرفتن محیط زیستواحدی که تست کشش تمیز داخل ساختمان را پشت سر بگذارد، ممکن است در سه هفته پس از شستشوی فاضلاب دچار شکست شود. صلاحیت را با برنامه مطابقت دهید.

قدرت اختلاط و سیگنال های حساس بدون جداسازی.خطوط استپر موتور در کنار یک کانال حسگر آنالوگ، مهم نیست که مخاطبین چقدر خوب باشند، نویز را جمع می کنند. از همان ابتدا جدایی را برنامه ریزی کنید.

تعیین آخرین حلقه لغزش.تا زمانی که محفظه ثابت شود، انتخاب حلقه لغزنده به هر چیزی که مناسب است محدود می شود، نه آنچه که بهترین است. آن را در همان مرحله موتور و دوربین وارد بررسی طراحی کنید.

سوالات متداول

آیا ربات های بازرسی همیشه به یک حلقه لغزنده نیاز دارند؟

خیر. اگر ماژول چرخان فقط باید قوس محدودی را طی کند - معمولاً کمتر از ± 270 درجه -، یک حلقه سرویس از کابل انعطاف پذیر با درجه بندی مناسب می تواند سبک تر و ارزان تر باشد. هنگامی که نیاز به چرخش مداوم 360 درجه باشد، یا زمانی که خستگی کابل در اثر پیچش مکرر از بودجه تعمیر و نگهداری پروژه بیشتر می شود، حلقه های لغزنده ضروری می شوند.

چه نوع حلقه لغزشی برای سر دوربین چرخان بهتر است؟

برای اکثر دوربین‌های پان-شیب و بازرسی 360 درجه، یک واحد کپسول کوچک بین 12 تا 22 میلی‌متر OD با مدارهای 6 تا 12 مورد استفاده را پوشش می‌دهد. اگر دوربین HD{7}}SDI یا اترنت گیگابیتی را ارسال می‌کند، تأیید کنید که دستگاه برای آن پروتکل خاص واجد شرایط است و نه به عنوان یک کانال سیگنال عمومی.

آیا یک حلقه لغزشی جمع و جور می تواند ویدیوهای اترنت، USB یا HD را منتقل کند؟

بله، اما طرح باید به صراحت از آن پشتیبانی کند. اترنت گیگابیت به کنتاکت‌های امپدانس کنترل‌شده و مسیریابی جفت تنگ نیاز دارد. HD{1}}SDI مدیریت سیگنال شل را بسیار کمتر از ویدیوی آنالوگ تحمل می کند. USB 3.0 سخت‌ترین مورد از این سه مورد است و معمولاً طراحی را به سمت یک واحد هیبریدی یا مهندسی شده خاص هدایت می‌کند. بررسی کنید که تأمین‌کننده داده‌های الگوی چشم{4}}پروتکل مورد نیاز شما را اندازه‌گیری کرده است.

یک حلقه لغزنده جمع و جور می تواند واقعاً کوچک باشد؟

حلقه های لغزشی کپسول تولیدی حدود 5-7 میلی متر OD با دو مدار شروع می شود. در زیر آن، طرح‌ها سفارشی می‌شوند و-معادل رتبه‌بندی فعلی و عمر قابل توجه می‌شوند. برای یک ربات لوله‌ای با قطر{6}100 میلی‌متر، یک کپسول OD 12 تا 22 میلی‌متری نقطه شیرین است.

چگونه برای ربات بازرسی فاضلاب یک لغزش رینگ انتخاب کنم؟

با رتبه بندی IP شروع کنید. واحد کناری دوربین حداقل به IP65 برای تمیز کردن پاشش و{3} فشار بالا نیاز دارد و حلقه-واحد کناری یا زیر آب معمولاً به IP67 یا IP68 نیاز دارد. بررسی کنید که خروجی کابل و کانکتور مطابق با این رتبه باشد. سپس اندازه برای نوع سیگنال دوربین - اکثر خزنده‌های فاضلاب مدرن از HD-SDI یا اترنت استفاده می‌کنند که هر دو به کانال‌های دارای رتبه‌بندی سیگنال خاصی نیاز دارند.

قطعه استاندارد یا ساخت سفارشی؟

برای طرح‌های اصلی ربات بازرسی، یک بخش کاتالوگ استاندارد خوب است و معمولاً زمان تحویل کوتاه‌تری دارد. الفپیکربندی حلقه لغزش سفارشیزمانی که برنامه محدودیت‌های غیرمعمول - را با هم ترکیب می‌کند، ارزش مهندسی بیشتری را دارد.

نتیجه گیری

حلقه‌های لغزشی فشرده برای هر ربات بازرسی - "ضروری" نیستند، اما در هر پلتفرمی با دوربین دائماً چرخش، برجک حسگر یا قرقره اتصال، تقریباً همیشه در مسیر بحرانی قرار می‌گیرند. واحد مناسب با پوشش مکانیکی مطابقت دارد، انواع سیگنال های واقعی در حال استفاده را حمل می کند، با گشتاور کافی کم برای موتور انتخابی می چرخد ​​و برای تعداد دورهای مورد انتظار در محیط واقعی زنده می ماند.

مطمئن ترین فرآیند انتخاب، خسته کننده است: مشخصات چرخش را تعریف کنید، هر مدار را نقشه برداری کنید، هر پروتکل سیگنال را نام ببرید، رتبه IP را در محیط قفل کنید، و طراحی را در شرایط نزدیک به میدان اعتبار سنجی کنید. در اوایل برنامه انجام می شود، آن کار معمولاً چند ساعت اضافه می کند. دیر انجام می شود، معمولاً یک طراحی مجدد اضافه می کند.