Inšpekcijski roboti se zadržujejo tja, kamor ljudje ne morejo preprosto priti: v cevovodih pod napetostjo, kanalizacijskih vodih, balastnih rezervoarjih, kanalih HVAC, ohišjih turbin in zaprti procesni opremi. Skoraj vsaka od teh platform se zanaša na vsaj en vrtljivi pod{1}}sklop - vrtljivo-nagibno glavo kamere, kupolo s senzorjem za skeniranje, kolut za privezni kabel ali robotski spoj -, ki mora med neprekinjenim obračanjem zagotavljati moč in signal.
Komponenta, ki to tiho omogoča, je drsni obroč. Če se zmotite, robot med-pregledom izgubi videoposnetek, privez se zatakne ali pa kamera zastane, ker vrtljivi vmesnik doda preveč navora. Naredite pravilno in drsni obroč postane neviden -, kar je cilj.
Ta priročnik je napisan z vidika inženiringa uporabe drsnih obročev. Zajema, kaj morajo kompaktni drsni obroči dejansko narediti znotraj inšpekcijskega robota, kako jih določiti glede na modul in okolje ter parametre, ki odločajo o tem, ali bo enota preživela na terenu.
Zakaj inšpekcijski roboti potrebujejo kompaktne drsne obroče
Inšpekcijski roboti so zasnovani glede na tri stroge omejitve: majhen mehanski ovoj, gladko neprekinjeno gibanje in čist prenos signala preko vrtljivega sklepa. Neposredna-žična rešitev odpove vsem trem v trenutku, ko kamera ali kolut potrebuje več kot približno ±180 stopinj - kabli se zvijajo, baker-otrdi, oklop poči in celovitost signala se poruši veliko preden se žica fizično zlomi.
Kompakten drsni obroč to rešuje z ustvarjanjem nadzorovanega rotacijskega električnega vmesnika med fiksnim telesom robota in njegovim premikajočim se modulom. Znotraj tipičnega pajka ali cevnega robota se ta vmesnik običajno nahaja na eni od teh lokacij:
- Pan{0}}tilt ali 360-stopinjske glave kamer
- Vrteči senzorski stolpi (LIDAR, ultrazvočni, termični)
- Koluta za privezni kabel, nameščena na strani operaterja
- Robotske roke, manipulatorji ali vodljivi sklepi
- Obročaste-svetilke ali sklopi LED osvetlitve, pritrjeni na vrtljivo optiko
- Enkoder, IMU ali zanke-mejnega stikala, vdelane v kupolo
Ker ima gostiteljski robot pogosto samo 50–150 mm v premeru, mora biti drsni obroč dovolj majhen, da ne napihne ohišja ali omeji najmanjše velikosti cevi, v katero lahko vstopi robot. Nekaj milimetrov dodatnega zunanjega premera lahko pomeni razliko med dostopom do kanalizacijskega voda DN100 in obtičanjem pri DN150.
Kako drsni obroč deluje v inšpekcijskem robotu
Mehansko ima drsni obroč stator (fiksne ščetke ali vlaknasti kontakti) in rotor (prevodni obroči, ločeni z izolatorji). Ko se rotor vrti, ščetke vzdržujejo drseči električni stik z vsakim obročem, tako da vsako vezje ostane neprekinjeno ne glede na kotni položaj.DigiKeyjev pregled rotacijskih električnih konektorjevopisuje to isto ureditev in je dober primer, če je ekipa nova v komponenti.
Znotraj inšpekcijskega robota stator običajno pristane na ohišju robota, krmilnem tiskanem vezju, kabelskem snopu baterije ali zaključku priveza. Rotor je povezan z vsem, kar se vrti - najpogosteje s kamero, senzorsko glavo, osvetljevalnim obročem ali kolutom. Odvisno od arhitekture lahko ena kompaktna enota nosi:
- Napajanje za kamero, luči, motorje ali grelnike
- Analogni signali senzorjev temperature, plina ali napetosti
- Digitalna krmilna vodila (CAN, RS-485, RS-232)
- Kompozitni ali HD-SDI video
- Ethernet (100Base-TX ali Gigabit)
- USB 2.0 ali USB 3.0
- Povratne informacije kodirnika in zanke-ustavitve v sili
Preprosta kamera ROV bo morda potrebovala štiri do šest tokokrogov. Napredna inšpekcijska glava z videoposnetkom visoke ločljivosti, zatemnitvijo LED, motorji za pomik-nagib in okoljskim senzorjem zlahka doseže 18–24 krogov v enem ohišju kapsule.
Izbira po robotskem modulu
Različni rotacijski moduli znotraj istega robota redko delijo enake zahteve glede drsnih obročev. Obravnavanje "drsnega obroča" kot enega dela namesto treh ali štirih ločenih izbirnih problemov je ena najpogostejših napak pri integraciji.
Vrtljive glave kamer
Prevladujoča omejitev je celovitost signala. Povezave HD-SDI, LVDS in ethernetne kamere so občutljive na spremembe kontaktnega upora, zato mora drsni obroč določiti usmerjanje z oklopljenim-parom, ločene napajalne in signalne kanale ter zlate-na-zlate kontakte za nizko-nivojske signale. Akapsulni drsni obročs 6–12 vezji v OD 12–22 mm pokriva večino pan-nagibnih glav kamer. Za video z višjo ločljivostjo si oglejte enote, ki so izrecno ocenjene zaEthernet prenos preko rotacijskega zglobanamesto generičnih "podatkovnih" kanalov.
Senzorske kupole
Senzorske glave običajno združujejo enega ali dva napajalna voda s peščico nizko{0}}napetostnih analognih kanalov ali kanalov RS-485. Preslušavanje je pomembnejše od neobdelane pasovne širine. Asignalni drsni obroč, zasnovan za robotiko, ROV in UAVobičajno zagotavlja pravo število kanalov in strategijo zaščite brez plačila za video pasovno širino, ki je kupola ne bo nikoli uporabila.
Koluti za privezovalni kabel
Drsni obročki za kolute živijo drugačno življenje. Vrtijo se počasi, vendar v življenjski dobi sistema naberejo milijone vrtljajev in prenašajo polno moč in podatkovno povezavo. Običajno so prednostne -zasnove skoznje izvrtine, tako da lahko gred koluta poteka skozi sredino. Pogosti načini odpovedi-na strani koluta - neenakomerna obraba ščetk, kopičenje kontaktnega filma-in odpoved tesnjenja pri pranju - so dobro dokumentirani v tej analizivzroki in rešitve okvare drsnega obroča koluta kabla.
Robotski zglobi in manipulatorji
Spoji pogosto potrebujejo votlo sredino za kable in pnevmatske ali hidravlične cevi. Askozi-drsni obroč izvrtinez velikostjo izvrtine od 5 mm do 50 mm ustreza večini kompaktnih modelov manipulatorjev. Če spoj prepušča tudi zrak ali tekočino, hibridna pnevmatska-električna enota združi dva prehoda-v en sklop.
Izbira glede na delovno okolje
Okolje oblikuje specifikacijski list vsaj tako kot funkcija modula. Tri okolja pokrivajo večino uvedb inšpekcijskih robotov.
Pregled cevovoda in kanalizacije
Pričakujte potopitev v vodo, vodikov sulfid, ogljikovodike, droben pesek in pogosto izpiranje pod visokim-tlakom. Drsni obroč potrebuje zatesnjene kabelske izhode in potrjeno oceno ohišja. Za večino pajkov za kanalizacijo je IP65 izvedljiv minimum na strani kamere in IP67 ali IP68 na koncu koluta. IEC te stopnje natančno opredeljuje vIEC 60529, Stopnje zaščite, ki jih zagotavljajo ohišja- navedba "waterproof" brez poimenovanja kode IP ni dovolj.
Pregled turbine, kotla in-visoke temperature
Temperatura in vibracije poganjajo zasnovo. Nad 80 stopinjami se spremenijo materiali ščetk (grafit-kovinski kompoziti ali ščetke iz plemenitih-kovinskih vlaken), sistemi izolacijskih smol se spremenijo in maziva se običajno odstranijo. Vibracije prav tako pospešijo mikro-razdiranje na kontaktu, zato je treba zmanjšati kontaktni pritisk in geometrijo krtač.
Roboti za reševanje in-nevarna okolja
Te platforme zaznajo udarce, prah, dim, tekočine in nepredvidljive mehanske obremenitve. Meja zanesljivosti je pomembnejša od minimalne velikosti. Določite višjo stopnjo rotacijske življenjske dobe, kot jo predlaga delovni cikel, in potrdite podatke preskusa udarcev in vibracij, namesto da se zanašate na standardni podatkovni list.
Primerjava vrste kompaktnega drsnega obroča
Spodnje štiri strukture pokrivajo skoraj vse primere uporabe inšpekcijskih robotov. Pravilna izbira običajno izhaja iz dveh vprašanj: ali potrebujete votlo sredino in koliko osne dolžine je na voljo?
| Vrsta | Najboljše za | Glavna omejitev | Tipična uporaba inšpekcijskega robota |
|---|---|---|---|
| Kapsula | Kompaktne, popolnoma zaprte instalacije brez centralne gredi | Število kanalov je običajno omejeno na 24; brez skoznje-izvrtine | Nagibne -glave kamer, majhne senzorske kupole, svetlobni obroči |
| Preko-vrtine | Zasnove, ki potrebujejo osrednjo gred, snop kablov ali vod za tekočino | Večji zunanji premer kot kapsula za enako število kanalov | Kabelski koluti, robotski spoji, velike vrtljive kupole |
| Palačinka | Zelo omejena osna dolžina | Večji radialni odtis; nižja rotacijska življenjska doba kot zasnove cevi | Ravno{0}}vgrajeni sklopi, kjer je višina omejitev |
| Hibrid električni / optična vlakna | Video-visokopasovni podatki ali podatki senzorja nad tem, kar baker zmore zanesljivo obdelati | Višji stroški, bolj zapletena poravnava, daljši dobavni rok | Inšpekcijske glave 4K ali več-kamer, kupole LIDAR visoke{2}}zmogljivosti |
Za večino kompaktnih inšpekcijskih robotov je izbira med kapsulo in majhnimdrsni obroč za palačinkena koncu kamere in enoto s-skoznjo izvrtino na koncu koluta.
Kontrolni seznam specifikacij kompaktnega drsnega obroča
Preden pošljete RFQ, izpolnite spodnjo tabelo. Vsaka prazna celica je vprašanje, ki ga bo dobavitelj tako ali tako moral zastaviti, neodgovorjena vprašanja pa so največji razlog, da navedene enote prispejo napačno.
| Parameter | Tipičen obseg za inšpekcijske robote | Tehnična opomba |
|---|---|---|
| Zunanji premer (OD) | 6,5 – 50 mm | Poganja ga najmanjša cev ali ohišje, v katerega mora robot vstopiti |
| Celotna dolžina | 15 – 80 mm | Vključuje pletenice in konektorje |
| Vezja | 2 – 24 | Dodajte 10–20 % rezervnih vezij za pozne spremembe načrta |
| Nazivna napetost | Do 240 V AC/DC | Ločeno lezenje za močnostne in signalne kanale |
| Tok na vezje | 1 – 10 A tipično, do 30 A za motorne vode | Zmanjšajte za neprekinjeno delovanje in temperaturo okolja |
| Vrste signalov | Analogni, RS-485, CAN, USB 2.0/3.0, Ethernet, HD-SDI | Poimenujte protokol, ne samo "signal" |
| IP ocena | IP54 – IP68 | Najmanj IP67 za delo v kanalizaciji/potopnih delih |
| Delovni navor | 0.05 – 0.3 N·m | Kritičnega pomena za majhne motorje z enosmernim tokom-nagibom |
| Hitrost vrtenja | Tipično 0 – 300 vrt/min | Višji vrtljaji zahtevajo drugačno geometrijo krtač |
| Življenjska doba | 10M – 100M vrtljajev | Ocena iz vrtljajev na minuto × delovnega cikla × življenjske dobe projekta |
| Delovna temperatura | −20 stopinj do +80 stopinj standard | Razširite z inženirskimi materiali za delo s turbinami |
Praktični potek dela pri izbiri
Korak 1 - Določite profil vrtenja
Začnite z gibanjem. Je vrtenje neprekinjeno ali omejeno na ±N stopinj? Kaj je običajno in največje število vrtljajev? Koliko vrtljajev na pregled in koliko pregledov na življenjsko dobo projekta? Če neprekinjeno vrtenje ni strogo zahtevano in celoten hod ostane znotraj približno ±270 stopinj, je lahko prožna kabelska zanka še vedno cenejša in lažja od drsnega obroča. Poleg tega je drsni obroč skoraj vedno čistejši odgovor.
Korak 2 - Preslikajte vsako vezje
Sestavite tabelo vezja, ki navaja funkcije, napetost, tok, vrsto signala, zahteve za zaščito in konektor. Vključite majhne zanke, ki jih ljudje pozabijo - ozemljitev šasije, indeks kodirnika, zatemnitev luči, e-ustavitev. Zemljevid je najbolj uporaben dokument, ki ga dobavitelj lahko prejme.
Korak 3 - Določite obnašanje signala, ne samo kontinuitete
Napajalni kanali skrbijo za nazivni tok in kontaktni upor. Video in ethernetni kanali skrbijo za nadzor impedance, povratne izgube in izolacijo od-kanala do-kanala. Navedite, kaj kanal dejansko prenaša - "Gigabit Ethernet, diferencial 100 Ω, zaščiten" namesto "podatkov" - in oblikovalska skupina bo lahko izbrala prave kontaktne materiale in usmerjanje.
Korak 4 - Potrdite mehansko integracijo
Preverite razpoložljiv premer, dolžino, montažni vmesnik (vijaki, prirobnica, nastav-objemka), polmer upogiba kabla, izhodno smer in razdaljo med drsnim obročem in morebitnim motorjem ali VFD, ki bi lahko povzročil hrup. Kompaktne drsne obroče je pogosto enostavno namestiti na papir, v praksi pa jih je presenetljivo težko povezati.
Korak 5 - Ujemanje z okoljem
Izberite pravilnoOcena IP za delovno okolje drsnega obroča, nato preverite, ali tudi plašč kabla in priključek izpolnjujeta to oceno - zaprto ohišje z nezatesnjenim priključkom ni zaprto. Za izpostavljenost kemikalijam zahtevajte posebej material za ohišje in tesnilo, ne le kodo IP.
Korak 6 - Preveri pred končno integracijo
Preden zaklenete kosovnico, zaženite preverjanje v pogojih, ki so podobni polju. Uporabni pregledi vključujejo vrtenje pod nazivno obremenitvijo, kakovost videa ali etherneta, izmerjeno med neprekinjenim gibanjem, merjenje navora pri temperaturi, vibracijsko premikanje in dolgo{1}}trajajoči preskus vrtenja z vsaj 10 % pričakovane življenjske dobe. Enota, ki prestane 30-sekundno vrtenje preskusne naprave, lahko še vedno odpove pri oznaki 100.000 vrtljajev zaradi nabiranja kontaktnega filma.
Pogoste napake, ki se jim je treba izogibati
Samo izbiranje velikosti.Kapsula z zunanjim premerom 6,5 mm je impresivna, a če ne more prenesti videa visoke ločljivosti kamere brez občasnih izpadov, je napačen del.
Obravnavanje kakovosti signala kot dobaviteljevega problema.Zaščita, ozemljitev in usmerjanje moči proti signalnim kanalom so skupne odločitve med inženirjem drsnih obročev in robotskim integratorjem. Pogovorite se o njih, preden se zadeva obdela.
Podcenjevanje okolja.Enota, ki uspešno prestane preskus vleke v zaprtih prostorih, lahko odpove v treh tednih izpiranja kanalizacije. Povežite kvalifikacijo z aplikacijo.
Mešanje moči in občutljivih signalov brez izolacije.Linije koračnega motorja poleg kanala analognega senzorja bodo združile hrup ne glede na to, kako dobri so kontakti. Načrtujte ločitev od začetka.
Nazadnje določite drsni obroč.Ko je ohišje pritrjeno, je izbira drsnega obroča omejena na tisto, kar ustreza, ne na tisto, kar je najboljše. Vključite ga v pregled zasnove na isti stopnji kot motor in kamero.
Pogosto zastavljena vprašanja
Ali inšpekcijski roboti vedno potrebujejo drsni obroč?
Ne. Če mora rotacijski modul potovati le v omejenem loku - običajno manj kot ±270 stopinj -, je servisna zanka pravilno ocenjenega gibljivega kabla lahko lažja in cenejša. Drsni obroči postanejo potrebni, ko je potrebno neprekinjeno vrtenje za 360 stopinj ali ko bi utrujenost kabla zaradi ponavljajočega zvijanja presegla proračun za vzdrževanje projekta.
Katera vrsta drsnega obroča je najboljša za vrtljivo glavo kamere?
Za večino pan-nagibnih in 360-stopinjskih pregledovalnih kamer primer uporabe pokriva majhna kapsulna enota med 12 in 22 mm OD s 6–12 vezji. Če kamera oddaja HD-SDI ali Gigabit Ethernet, potrdite, da je enota kvalificirana za ta specifični protokol in ne obravnavana kot splošni signalni kanal.
Ali lahko kompaktni drsni obroč prenaša Ethernet, USB ali HD video?
Da, vendar mora zasnova to izrecno podpirati. Gigabit Ethernet zahteva kontakte z nadzorovano impedanco in tesno usmerjanje parov; HD-SDI prenaša ohlapno obdelavo signala veliko manj kot analogni video; USB 3.0 je najzahtevnejši od treh in običajno usmerja zasnovo k hibridni ali posebej zasnovani enoti. Preverite, ali ima dobavitelj izmerjene podatke-očesnega vzorca za protokol, ki ga potrebujete.
Kako majhen je lahko realno kompakten drsni obroč?
Proizvodni kapsulni drsni obroči se začnejo približno 5–7 mm OD z dvema vezjema. Pod tem postanejo dizajni po meri in kompromisi-v trenutni oceni in življenjski dobi postanejo pomembni. Za tipičnega cevnega robota s premerom 100 mm-je kapsula OD 12–22 mm najboljša točka.
Kako izberem drsni obroč za robota za pregledovanje kanalizacije?
Začnite z oceno IP. Enota-na strani kamere potrebuje najmanj IP65 za čiščenje z brizganjem in-visokim{3}}tlakom, enota-na strani koluta ali potopljena enota pa običajno IP67 ali IP68. Potrdite, da se kabelski izhod in konektor ujemata s to oceno. Nato velikost za vrsto signala kamere - večina sodobnih pajkov za kanalizacijo uporablja HD-SDI ali Ethernet, oba pa zahtevata posebne signalne-kanale.
Standardni del ali izdelava po meri?
Za običajne zasnove inšpekcijskih robotov je standardni kataloški del v redu in ima običajno krajši dobavni rok. Aprilagojena konfiguracija drsnih obročevje vredno dodatnega inženiringa, ko aplikacija združuje nenavadne omejitve - na primer ne-standardni OD, mešani pnevmatski in električni prehod-ali visoko{3}}kanal-Ethernet in sveženj videa visoke ločljivosti.
Zaključek
Kompaktni drsni obroči niso "nujni" za vsakega inšpekcijskega robota -, toda na kateri koli platformi z neprekinjeno vrtečo se kamero, senzorsko kupolo ali priveznim kolutom skoraj vedno končajo na kritični poti. Prava enota se prilega mehanskemu ovoju, prenaša dejanske tipe signalov v uporabi, vrti se z dovolj nizkim navorom za izbrani motor in preživi realno okolje za pričakovano število vrtljajev.
Najbolj zanesljiv izbirni postopek je dolgočasen: določite profil vrtenja, preslikajte vsako vezje, poimenujte vsak signalni protokol, zaklenite oceno IP na okolje in potrdite zasnovo v pogojih, ki so blizu terenu. To delo, opravljeno zgodaj v programu, običajno doda nekaj ur. Končano pozno, običajno doda preoblikovanje.