UAV スリップ リング: ドローンのペイロードに適切なロータリー インターフェイスを選択する方法

カメラ ジンバル、EO/IR ペイロード、LiDAR ユニット、指向性アンテナは、多くの場合、機体から独立して移動する必要があります。ペイロードを継続的に回転させる必要がある場合、従来のケーブル ハーネスでは最終的に機構がねじれたり、締め付けられたり、方向が逆になったりします。 UAV スリップ リングは、回転ジョイントを横切る電気経路を作成するため、ペイロードが回転している間、電力、制御信号、ビデオ、データの接続を維持できます。

難しいのは、回転システムに「ある種のスリップ リング」が必要かどうかを判断することではありません。実際のエンジニアリング作業は、回転インターフェースを電気チャネル、データ プロトコル、利用可能なスペース、許容トルク、ミッション環境、および予想される耐用年数に適合させることです。より広範なアプリケーションの概要については、これを参照してくださいロボット、ROV、UAV 用の信号スリップリング ソリューション-.

UAV スリップ リングとは何ですか?

スリップ リングは、静止構造と回転構造の間で電力または電気信号を伝送する電気機械装置です。一般的なユニットには、導電性リング、固定接点またはブラシ、内部リード線、およびオプションのコネクタが含まれています。ローターが回転すると、接点が回路を維持します。モグさんのスリップリングの基礎-また、コア仕様の入力として、データ バス、ケーブル タイプ、ケーブル長、データ レート、許容エラー レート、寸法、回路定格、速度、動作環境も特定します。

スリップリングは回転を生み出しません。モーター、ベアリング、ジンバル構造が動きを提供します。スリップ リングは、静止した-と-の境界を越えて必要な電力供給のみを行います。

すべてのドローンにスリップリングが必要ですか?

いいえ。ドローンにスリップ リングが必要なのは、電力、信号、またはデータが回転インターフェースを通過する必要がある場合のみです。

継続的に回転するヨー軸が典型的なケースです。 -角度が制限されたジンバルでは、許容角度、曲げ半径、ケーブル寿命が許容できる場合、代わりにマネージド ケーブル ループを使用できます。プロペラも回転しますが、すべてのマルチコプターにスリップ リングが必要というわけではありません。決定的な問題は、独立した電気回路が回転ジョイントを通過する必要があるかどうかです。

UAV スリップ リングが一般的に使用される場所

カメラとEO/IRジンバル

安定化カメラまたは EO/IR ジンバルは、カメラの電力、ヒーターの電力、モーター回路、位置フィードバック、制御通信、およびビデオを小さな回転アセンブリ内で組み合わせることができます。継続的なヨー回転により、オペレータはハーネスを巻き戻すためだけにジンバルを逆回転させる必要がなくなります。

LiDAR とマッピング ペイロード

LiDAR とペイロードのマッピングには、機体とペイロードの両方が移動している間、安定したセンサー出力、正確なタイミング、持続的なデジタル データが必要になる場合があります。これらのシステムは、一般的な「データ チャネル」を持つものとしてのみ説明されるのではなく、プロトコルとパフォーマンス要件によって指定される必要があります。

アンテナと通信アセンブリ

指向性アンテナは、地上局、別の航空機、または衛星リンクを追跡するために回転する場合があります。低周波電力と制御回路は電気接点を通過する場合がありますが、高周波 RF パスには専用の回路が必要になる場合があります。-高周波ロータリージョイント-またはハイブリッド電気および RF アセンブリ。

最初の決定: スリップ リングは正しいアーキテクチャか?

• 回転は制限されており、ケーブル寿命は許容範囲内です。回転電気インターフェイスを追加する前に、管理されたケーブル ループを検討してください。
• 継続的な回転が必要ですが、中央の通路がありません。コンパクトなカプセルスリップリング多くの場合、最初に評価するアーキテクチャになります。
• シャフト、光路、またはその他のサービスは中心を通過する必要があります。を評価するスルーホールスリップリング.
• 軸方向の高さは厳しく制限されています。 a パンケーキスリップリング適合する可能性がありますが、直径、接触形状、トルクを検討する必要があります。
• ロータリー インターフェイスはホスト メカニズムに直接組み込む必要があります。 a 個別のスリップリング アセンブリ-統合の自由度がさらに高まる可能性があります。
• ペイロードは、電力と RF、ファイバー、空気、または流体を組み合わせます。ハイブリッドまたはカスタムのロータリー インターフェイスを検討してください。

この決定パスにより機械アーキテクチャが絞り込まれますが、最終モデルは選択されません。標準ユニットが適切かどうかは、電気負荷、データの完全性、トルク、環境、ライフサイクルによって決まります。

モデルを選択する前にチャネル マトリックスを構築する

総ワイヤ数から始めないでください。すべての回路が何を行うか、どのように実行する必要があるかを記録するチャネル マトリックスを構築します。

EO/IR ジンバル チャネル マトリクスの例

以下の値は、仮想のエンジニアリング例であり、測定された製品データや特定のモデルの推奨値ではありません。

この例は、「8 本のワイヤ」が十分な要求ではない理由を示しています。サプライヤーは各回路の機能と性能を必要とし、UAV チームは最終ジンバル内で回路がどのように相互作用するかを理解する必要があります。

ロータリーインターフェースをデータプロトコルに一致させる

高速データを通常の配線として扱うべきではありません。- 「イーサネット チャネル」という表現は、意図した実装、速度、ケーブル、コネクタ、および許容可能なエラー パフォーマンスが含まれていない限り、まだ不完全です。 IEEE 802.3 は、複数の物理層の速度とメディアにわたるイーサネットをカバーしています。そのため、正確な PHY とリンクの配置が重要です。を参照してください。IEEE 802.3イーサネット規格情報より広範な標準コンテキストについては、

イーサネットを搭載したコンパクトな UAV については、専用の-}ギガビットイーサネットスリップリング予備の銅線回線がリンクを維持すると仮定するのではなく、同軸ビデオの場合、アプリケーション固有の-HD-SDI スリップ リングより関連性の高い出発点が提供されます。

Moog の公式イーサネット スリップリング ガイダンスでは、信号対雑音性能とビット誤り率に影響を与えるパラメータとして、挿入損失、反射損失、クロストークが特定されています。--したがって、完全な回転リンクがミッションに対して十分な信頼性を持たない場合でも、導通テストに合格する可能性があります。イーサネットと高解像度の-スリップリング-のガイダンス追加のコンテキストを提供します。

飛行と安定性に影響を与える機械的要件

サイズと質量

許容外径、全長、必要な内径、質量を定義します。ハウジング内に収まるユニットでも、ジンバルの調整に影響を与えるほど重心が移動したり、回転慣性が増加したりする可能性があります。

始動トルクと運転トルク

始動トルクは、ペイロードが静止状態から動き始めるときに重要です。低速トラッキング時には回転トルクとトルク変動が問題となります。過度の抗力または一貫性のない抗力はモーターの負荷を増大させ、低速の安定化をより困難にする可能性があります。-トルクがどのように測定されるのか、また引用された値が関連する温度、速度、シール構成に適用されるかどうかを尋ねます。

速度と動作のプロファイル

最大回転数だけでは完全に説明できません。長時間ゆっくりと回転する監視ジンバルは、加速、逆転、一時停止を繰り返すマッピング ペイロードとは異なる摩耗パターンを持ちます。連続回転、振動、方向変更、滞留時間、および予想されるミッション サイクルについて説明します。

環境およびライフサイクル要件

「屋外」、「頑丈」、「航空宇宙グレード」などの曖昧な用語を測定可能な条件に置き換えます。動作温度および保管温度、衝撃、振動、粉塵、水、結露、塩害、高度または圧力、および予想される耐用年数を定義します。

IEC 60529 は、IP コードを使用して固形物および液体に対するエンクロージャの保護を分類し、その評価は定義された検証テストに関連付けられています。のIECによるIP定格の説明は役立つ一次リファレンスです。サイト固有のガイダンスについては、-の説明をご覧ください。スリップリング IP 評価-直接暴露が予想される場合は、代表者防水スリップ-リングのデザイン.

利用可能な最高の密閉レベルを自動的に選択しないでください。高度に密閉されたユニットはサイズやトルクが増加する可能性がありますが、密閉されていないユニットは周囲のジンバルが適切な保護を提供しない場合に脆弱になる可能性があります。エンクロージャとスリップ リングは 1 つのシステムとして評価する必要があります。

ライフサイクル要件は、動作時間、回転数、またはミッション サイクルで表現し、実際の動作プロファイルに結び付ける必要があります。このガイドで要約されている要因は、スリップリングの寿命-議論を組み立てるのに役立ちますが、最終寿命の主張は、選択した設計の検証済みデータから得られる必要があります。

UAV スリップ リングは標準ですか、それともカスタムですか?

カスタマイズは、カスタム パーツが自動的に優れているという仮定によってではなく、測定可能なギャップによって正当化されます。チャネル マトリクス、形状、トルク、コネクタ、または環境要件を満たしているカタログ ユニットがない場合は、次の点について体系的な議論を開始してください。カスタマイズされたスリップリング.

完全な回転アセンブリを検証する

コンポーネントはベンチ導通チェックに合格しても、ケーブルの長さ、コネクタの終端、EMI、機械的な位置ずれ、温度、または振動が原因で、最終的なペイロードで不合格となる場合があります。したがって、テストでは可能な限り、代表的なジンバル、ハーネス、および通信機器を使用する必要があります。

• 電気負荷を確認します。ミッションで同時に使用しない限り、一度に 1 つの回路ずつではなく、すべての連続負荷とピーク負荷をテストしてください。
• 実際のモーション プロファイルを介して回転します。これには、遅いトラッキング、最高速度、繰り返しの反転、滞留期間が含まれます。
• 連続性だけではなくデータをテストします。必要に応じて、ビデオの安定性、リンクドロップ、パケットエラーまたはビットエラーを監視します。
• 始動トルクと運転トルクを測定します。必要に応じて、適切な温度で、環境暴露後に繰り返します。
• 代表的な環境テストを適用します。プログラムで定義された振動、衝撃、温度、汚染条件を使用します。
• 耐久サイクルを実行します。計画された間隔で電気的性能、トルク、物理的状態を検査します。
• 構成をフリーズします。部品のリビジョン、ピン配置、ローター/ステーターの向き、取り付け、コネクター、リード線の配線、および合格基準を文書化します。

このガイドでは、スリップリングをテストする方法最初のテスト計画の議論をサポートできますが、合否の制限は UAV プログラムと選択した製品仕様に基づいて決定する必要があります。{0}

よくある故障の症状と確認事項

UAV スリップ{0}}サプライヤーを評価する方法

• プロトコルの証拠:正確なデータ プロトコルまたは技術的に同等の構成は認定されていますか?
• 試験方法:サプライヤーは、連続性、データの完全性、トルク、寿命の測定方法を説明できますか?
• 機械的データ:始動トルク、運転トルク、質量、公差、取り付け制限は文書化されていますか?
• 環境証拠:密閉性、温度、振動、および材料に関する主張は、定義されたテストに関連付けられていますか?
• トレーサビリティ:改訂管理、検査記録、承認された代替品は管理されていますか?
• 変更サポート:サプライヤーは、構成制御を失うことなく、新しいコネクタ、チャネル、またはエンベロープの変更を評価できますか?
• 本番環境の準備:試作、認定、製造検査の責任は明確ですか?

サプライヤーの文書化品質管理プロセス-アプリケーション固有の証拠を置き換えるのではなく、技術提案をサポートする必要があります。{0}

RFQ に含める情報

• UAV のタイプ、ペイロード機能、静止{0}}から-までの境界
• 連続回転、限定回転または揺動運動
• 電圧、連続電流、ピーク電流、および機能を含むチャネル マトリクス
• 正確なデータおよびビデオプロトコル、ケーブル構造、ケーブル長およびコネクタ
• 最大直径、長さ、内径、質量およびトルク
• 速度、方向-の変化パターンと予想されるミッション サイクル
• 動作温度および保管温度、衝撃、振動、粉塵、水、腐食への曝露
• 必要な耐用年数、冗長性、トレーサビリティ、および受け入れテスト
• 試作数量、生産見積り、目標スケジュール

完全な要件パッケージを使用すると、エンジニアリング チームは既存の設計が適切な場合にはそれを推奨し、そうでない場合には真のカスタマイズ ニーズを特定できます。

結論

適切な UAV スリップ リングがシステム レベルで選択されます。まず、電気設備が本当に連続回転ジョイントを通過する必要があることを確認することから始めます。次に、アーキテクチャや製品モデルを比較する前に、チャネル マトリックス、プロトコル要件、機械的エンベロープ、トルク、環境、ライフサイクルを定義します。

強力な提案では、利用可能な回路の数だけでなく、実際のミッション プロファイルを通じて設計が電力、データ、機械的性能をどのように維持するかを説明する必要があります。要件が準備できたら、エンジニアリングチームに連絡してください標準製品レビューまたは焦点を絞ったカスタム評価のチャネル マトリックスと統合制限を使用します。{0}}