UAV suure võimsusega traadita andmeühendus tööstusrobotite jaoks

UAV suure võimsusega traadita andmesideühenduse moodul peab tegema enamat kui laiendama ulatust. Tööstuslikus töös peab see kandma õigeid andmeid õigel ajal, samas takistades häireid, sobima olemasoleva energiaeelarvega ja integreeruma puhtalt hostplatvormiga. Samad põhimõtted kehtivad kontrolli UAV, autonoomse välisõiduki või metallkonstruktsioonide ja liikuvate seadmete ümber töötava roboti puhul. Suure võimsusega traadita mooduli valimine on seetõttu tehniline otsus, mis hõlmab raadiosageduslikku disaini, ribalaiust, latentsust, antenni paigutust ja välja valideerimist – mitte reklaamitud kauguse lihtsat võrdlust.

Võtmed kaasavõtmiseks

• Suure võimsusega traadita moodul tuleks valida kogu ühenduse eelarvega, sealhulgas antennid, takistused, ribalaius ja kohalikud raadiosageduslikud tingimused.

• UAV ja roboti lingid kannavad tavaliselt erinevaid liiklusklasse: käsu-, telemeetria-, video-, andurite andmed ja hooldusliiklus tuleks vastavalt prioritiseerida.

• Suurem saatevõimsus võib parandada lingi varu, kuid see ei asenda ühilduvat raadiosageduslikku planeerimist, hästi sobitatud antenne ega selget kasutuselevõtu testimisplaani.

• Tööstuslike robotite traadita side puhul võib prognoositav latentsusaeg ja kiire häiretest taastumine olla väärtuslikumad kui PHY tippkiirus.

• Hostiliides, mehaaniline ümbris, toitesisend, töötemperatuur, draiveri tugi ja antennipistik mõjutavad kõik seda, kas moodulit on otstarbekas kasutusele võtta.

Mida suure võimsusega traadita andmesideühendus peab lahendama

Väljend 'pikaulatus' võib tähendada mitut erinevat asja. Link, mis jõuab lahtisel maastikul kaugel asuvasse maapealsesse jaama, ei pruugi tehases, sadamas, kaevanduses, laos või ehitusplatsil sobida. Need seaded toovad sisse metallist peegeldused, liikuvad takistused, ühiskanaliga WiFi, elektrimüra ja sagedased muutused vaateväljas.

Praktiline UAV suure võimsusega traadita andmesidemoodul peab toetama nelja ühendatud nõuet:

Usaldusväärne juhtimine ja telemeetria. Lennujuhtimine, roboti liikumiskäsud, terviseandmed ja ohutusega seotud olekuteated kasutavad üldiselt vähe ribalaiust, kuid need ei talu ettearvamatut viivitust ega pikaajalisi katkestusi. Nad vajavad kaitstud liiklusteed ja määratletud käitumist, kui traadita side link nõrgeneb.

Kasutatavad video- ja koormusandmed. Kontrollvideo, kaardistuspildid, LiDAR-i väljund ja kaameravood võivad tarbida palju rohkem mahtu. Nende kvaliteet sõltub kodeeringust, kaadrisagedusest, eraldusvõimest, pakettakadest ja saadaolevast kanalilaiusest – mitte ainult mooduli pealkirja andmeedastuskiirusest.

Stabiilne töö muutuvates RF tingimustes. UAV võib mõne sekundi jooksul liikuda selgest vaateväljast lehestiku, struktuuride või elektromagnetilise ummikuni. Mobiilne tööstusrobot võib korduvalt läbida rackide, masinate või muude sõidukite tekitatud RF-varju. Disain peaks arvestama hääbumist ja häireid, mitte eeldama pidevat kanalit.

Integratsioon, mis elab üle reaalse kasutuselevõtu. Raadio peab töötama koos hostprotsessori, operatsioonisüsteemi, antennide, aku või toiteliistu, korpuse ja termilise disainiga. Võimas raadio, mis kuumeneb üle, millel puudub sobiv draiver või kasutab halvasti paigutatud antenne, ei anna oodatud tulemust.

Seetõttu tuleks 'suurt võimsust' käsitleda süsteemitasandi raadiosagedusstrateegia ühe elemendina. See loob täiendava lingi veerise, kuid see veeris on kasulik ainult siis, kui ülejäänud traadita ühenduse disain seda säilitab.

Miks vajavad UAV-d ja tööstuslikud robotlinkid erinevaid prioriteete?

UAV-d ja tööstusrobotid vajavad tugevat liikuvust, kuid nende rikkerežiimid on erinevad. Õhuplatvorm võib vajada kitsast suunavat marsruuti õhusõiduki ja maapealse jaama vahel. Robotipark vajab sageli pidevat katvust sise- või välistingimustes muutuva tööpiirkonna ulatuses, kusjuures mitu seadet jagavad spektrit.

UAV puhul on kõige olulisemad disainiküsimused sageli järgmised:

• Kas lennuk edastab peamiselt videot, telemeetriat, juhtimist või kõigi kolme segu?

• Kas missioonil on suurema osa kestusest selge vaatevälja tee?

• Mis juhtub, kui sõiduk pöörab, kallutab, laskub takistuse taha või lendab peegeldavate pindade lähedale?

• Kas maapealse jaama antenn, toitejuhe, paigaldusasend ja sihtimisprotsess on missiooni jaoks sobivad?

Tööstusrobotite traadita side puhul keskendutakse sageli kooseksisteerimisele ja rändluskäitumisele. Laorobot võib ületada pääsupunkti leviala piire. Robotkäsi võib töötada mootorite, kappide ja liikuvate metallosade läheduses. Kaugkontrolliplatvorm võib vajada videot, säilitades samal ajal madala latentsusajaga käsutee.

Sobiv arhitektuur sõltub ülesandest. Punkt-punkti UAV-ühendus võib eelistada suunaantenne ja fikseeritud maapealseid seadmeid. Kogu rajatist hõlmav roboti juurutamine võib nõuda saidi katvuse planeerimist, liikluse segmenteerimist ja korduvat üleandmise käitumist. Kumbagi kasutusjuhtumit ei lahendata ainult edastusvõimsuse lisamisega.

Enne moodulite võrdlemist hinnake traadita linki

Enne mooduli valimist määratlege link operatsioonisüsteemina, mitte komponendi ostmisena. Järgmine võrdlusraamistik aitab insenerimeeskondadel tuvastada tegurid, mida tuleks täpsustada ja testida.

Mooduli andmeleht on esimene filter, mitte lõplik vastus. Maksimaalne PHY määr kirjeldab füüsilise kihi võimekust konkreetsetes tingimustes. See ei garanteeri, et rakendus näeb seda kiirust pärast protokolli üldkulude, krüptimise, häirete, kordusedastuste või signaali kadumise arvessevõtmist.

Samuti ei tohiks tsiteeritud edastuskaugust kunagi käsitleda universaalse tulemusena. Antenni võimendus, edastusvõimsus, vastuvõtja tundlikkus, lubatud EIRP, kanali laius, maastik, korpused ja ilm mõjutavad tõelist linki. Meeskonnad peaksid nõuded muutma mõõdetavateks aktsepteerimiskriteeriumideks: minimaalne kasulik läbilaskevõime leviala piiril, maksimaalne vastuvõetav käsu latentsus, video käitumine tuhmumise ajal ja taastumisaeg pärast ajutist takistust.

Kui suur võimsus sobib tõelise raadiosagedusliku kujundusega

Suure võimsusega traadita moodul suurendab lingi eelarve edastuspoolt, mis võib aidata kompenseerida teekadu. Kasu on kõige väärtuslikum, kui see on ühendatud võimeka vastuvõtjaga, sobiva antenni võimendusega ja häireid minimeeriva kanaliplaaniga.

Suurenenud võimsus toob aga kaasa ka tehnilised kompromissid:

Elektritarbimine ja soojus. Kõrgema väljundvõimsusega RF-astmed võivad suurendada praegust nõudlust ja soojuskoormust. Õhuplatvormi puhul mõjutab see lennuaega ja soojusradasid. Kinnisesse kambrisse paigaldatud roboti puhul mõjutab see komponentide töökindlust ja soojuse levitamise või ventilatsiooni vajadust.

Õigusnormide järgimine. Lubatud väljund ja EIRP sõltuvad riigist, sagedusalast, kanalist, antenni võimendusest ja kasutusjuhtumist. Nõuetele vastav disain peaks põhinema kavandatud kasutuselevõtu kohas kehtivatel reeglitel. Edastusvõimsus peaks olema valmis süsteemi osana konfigureeritav ja kontrollitav.

Häirete juhtimine. Tugevam saatja ei suuda rahvarohket kanalit vaikseks muuta. Samuti võib see suurendada seadme häirete jalajälge. Oluliseks jääb sageduse planeerimine, kanali laiuse valik, teistest raadiotest eraldamine ja antenni sobiv polarisatsioon.

Vastuvõtjapoolne jõudlus. Pikamaalink on kahesuunaline. Tugev maapealne saatja ei aita, kui õhus või mobiilne lõpp-punkt ei suuda usaldusväärselt vastu võtta. Süsteemi kujundajad peaksid hindama lingi mõlemat suunda, sealhulgas juhtimis- ja kinnitusliiklust.

Antenni ja kaabli kvaliteet. Välisantennid on sageli erinevus stabiilse lingi ja pettumust valmistava välikatse vahel. Kaabli kadu, pistiku kvaliteeti, antenni kiirgusmustrit, paigalduskõrgust, polarisatsiooni ja lähedust juhtivale materjalile tuleks käsitleda esmaklassiliste disainiotsustena.

Kaugülesannete jaoks võib kitsam kanal olla kasulik, kui rakendus ei vaja laia video- või andmevoogu. Kitsam ribalaius võib vähendada vastuvõtja kogutavat müra, kuigi see piirab ka saadaolevat läbilaskevõimet. Parim säte on seetõttu rakendusespetsiifiline: kasutage ainult nii palju kanali laiust, kui vajalik andmevoog vajab, jättes samal ajal piisavalt varu RF-tingimuste muutmiseks.

UAV suure võimsusega traadita andmeside mooduli arhitektuuri loomine

Tugev UAV või robotlink sisaldab tavaliselt rohkem kui raadiomoodulit. Järgmine disainijada hoiab arhitektuuri rakendusega kooskõlas.

Alusta liikluse eraldamisega. Käsud ja telemeetria ei tohiks pimesi konkureerida suure bitikiirusega video või hulgiüleslaadimisega. Seadistage video jaoks realistlik bitikiiruse sihtmärk, arvestage stseeni muutmise ajal tekkivate variatsioonidega ja määrake minimaalne käskude jõudlus, mis on nõutav videokvaliteedi halvenemise korral. Süsteem peaks halvenema graatsiliselt: ajutine video eraldusvõime vähendamine on sageli eelistatavam liikluse juhtimise kaotamisele.

Järgmisena otsustage, kus töötlemine toimub. Mõned süsteemid kodeerivad lennukis või robotis video ja saadavad IP-voo. Teised kasutavad kaasarvutit, mis ühendab kaamera, telemeetria, kasuliku koormuse ja võrguteenused. Valitud mooduli liides peab sobima hosti arhitektuuriga. USB võib kompaktsete manustatud süsteemide integreerimist lihtsustada, kuid kogu süsteemi tuleb siiski hinnata draiveri toe, toiteedastuse ja füüsilise marsruutimise osas.

Seejärel planeerige RF-tee. UAV-l tuleks antennid eraldada mürarikkast elektroonikast ja paigutada nii, et lennuki kere, aku, kandevõime või telik ei blokeeriks korduvalt soovitud kiirgusteed. Mobiilse roboti puhul tuleks kinnituskohti hinnata erinevates suundades ja piirkondades, kus robot pöörleb, dokib, tõstab või liigub riiulite kõrval.

Lõpuks määratlege vea käitumine enne välitestimist. Sidesüsteem vajab selget käitumist, kui signaali kvaliteet langeb alla läve. See võib hõlmata video bitikiiruse vähendamist, toetatud kanali vahetamist, operaatori hoiatamist, ohutusse teekonnapunkti naasmist, roboti liikumise aeglustamist või mittekriitilise toimingu peatamist. Õige reageerimise tagab suurem ohutuskonstruktsioon, mitte ainult raadio.

Mooduli näide 5 GHz pikamaa konstruktsioonide jaoks

OEM-i disainilahenduste puhul, mis nõuavad kompaktset 5 GHz Wi-Fi võimalust, LB-LINK BL-M8812EU2 moodul annab konkreetse lähtepunkti tehniliseks hindamiseks. See kasutab USB 2.0 hosti liidest, toetab IEEE 802.11a/n/ac, pakub 2T2R-funktsiooni, toetab välisantenne IPEX-pistikute kaudu ja loetleb PHY kiiruse kuni 867 Mbps.

Tootelehel on ka kirjas, et moodul sisaldab suure võimsusega FEM-i ja toetab 10 MHz kitsa ribalaiusega kanalit. Need omadused võivad olla olulised disaineritele, kes uurivad pikamaa juhtmevaba videoedastust, kuid need tuleks siiski kinnitada lõplikus lennukikere või roboti korpuses. Mooduli märgitud suurus 32,0 × 32,0 × 3,4 mm, 5 V toitevajadus ja töötemperatuuri vahemik on mehaanilise ja elektrilise integreerimise ajal võrdselt olulised.

LB-LINK kirjeldab ka BL-M8812EU2 oma drooniülekande lahendus , kus rõhk on suure võimsusega tööl, 2T2R disainil, kitsariba toel ning ühilduvusel Linuxi ja Androidi keskkondadega. Rakenduste puhul, mis on peamiselt 2,4 GHz, mitte 5 GHz, Moodul BL-M8192EU9 on veel üks näide projekti sageduse, läbilaskevõime, vormiteguri ja draiveri nõuete hindamiseks.

Tootmisotsus tuleks teha alles pärast kohaldatava andmelehe, draiveripaketi, antennisoovituste, riigipõhiste vastavusvajaduste ja välitesti tulemuste ülevaatamist. Sobiv moodul ei pruugi olla suurima märgitud määraga moodul; see on see, mis tagab vajaliku rakenduse käitumise piisava varuga.

Tööstusrobotite traadita side välikatsed

Katsetestimine tõestab, et moodul lülitab sisse ja vahetab liiklust. See ei tõesta, et valmis süsteem on töökindel. Tööstusrobotite juhtmevaba sidet tuleks katsetada keskkondades, kus robot tegelikult töötab.

Looge testmarsruut, mis hõlmab eeldatavaid halvimaid tingimusi: pääsupunktist või maapealsest jaamast kaugeim punkt, metallkonstruktsioonide kõrval olevad pöörded, aktiivsete masinate läheduses olevad alad, sõidukite tee ületamise kohad ja teadaoleva WiFi-tegevusega tsoonid. Korrake marsruuti nii, et robot või mehitamata õhusõiduk töötab tavapärases asendis, sest antenni muster võib platvormi pöörlemisel oluliselt muutuda.

Salvestage keskmisest suurem läbilaskevõime. Mõõtke vastuvõetud signaali taset, pakettide kadu, latentsust, värinat, video kvaliteeti, taasühendamisaega ja rakenduse käitumist lühikese katkestuse ajal. Samuti on kasulik testida realistlike liikluskoormuste juures. Madala bitikiirusega staatilise testvoo edastamise ajal hästi toimiv link võib käituda teisiti, kui kaamera sisu muutub keeruliseks või kui korraga saabub mitu kasuliku koormuse sõnumit.

UAV-rakenduste puhul kaasake dünaamilised testid, selle asemel, et tugineda statsionaarsetele maapealsetele katsetele. Muutused kõrguses, lennusuunas, kaldenurgas ja ulatuses võivad paljastada antenni varjutamise probleeme. Robotirakenduste puhul testige korduvat peatus-käivitusliikumist, dokkimist, läheduses asuvate seadmete liiklust ja rajatise kõige aktiivsemat tööperioodi.

LB-LINKi olemasolevad juhised UAV-pildi kaugedastus võib aidata meeskondadel selle hindamise videopoolt kujundada. Kasulik küsimus ei ole selles, kas link töötab ideaalsetes tingimustes, vaid selles, kas missioon jääb juhitavaks, kui tingimused lakkavad olema ideaalsed.

Rakenduse jaoks õige mooduli valimine

Valige suure võimsusega juhtmevaba moodul, alustades rakenduse tõrketaluvusest. Kui esmane vajadus on madala latentsusajaga käsutee, seadke esikohale järjepidevus, taastekäitumine ja liikluse juhtimine. Kui esmane vajadus on HD-video, määrake nõutav kodeeritud bitikiirus ja vastuvõetav kvaliteedi vähenemine, kui raadiosagedustingimused halvenevad. Kui süsteem peab tegema mõlemat, kujundage liiklusmudel nii, et video ei saaks tarbida juhtimise ja telemeetria nõutavat varu.

Järgmisena võrrelge mooduleid hostsüsteemiga. Kinnitage tööriba, kanali laiuse valikud, antenni pistikud, hosti liides, toiteallikas, tippvool, draiverid, töötingimused ja füüsilised mõõtmed. See väldib tavalist integreerimisprobleemi: valides kõigepealt raadio ja hiljem avastades, et hostplaat, aku, korpus või operatsioonisüsteem ei suuda seda korralikult toetada.

Seejärel kinnitage süsteem lõplike antennide ja korpusega. Mooduli hindamisplaat on kasulik, kuid see reprodutseerib harva valmis UAV või roboti raadiosageduslikku käitumist. Valmis mehaanilise virnaga testimine on praktiline viis varjude, sidestuse, termiliste ja häirete tuvastamiseks.

OEM-lahendust arendavate meeskondade jaoks võib LB-LINKi pidada osaks moodulivaliku protsessist, kui vajalikud liidesed ja tööprofiil vastavad selle tootevalikule. Tehniline arutelu peaks hõlmama kavandatud kasutuselevõtupiirkonda, sihtvahemikku, video spetsifikatsiooni, hostiplatvormi, antenniplaani ja keskkonnatingimusi. Projektipõhiseid nõudeid saab arutada läbi LB-LINK kontaktide leht.

Järeldus

Töökindel UAV suure võimsusega traadita andmesideühendus on loodud tervikliku süsteemina. Suur väljundvõimsus, MIMO-võime, kitsariba valikud ja välised antennid võivad kõik kaasa aidata lingi paremale varule, kuid igaüks neist peab olema vastavuses tegeliku missiooniga. Liikluse prioriteedid määratledes, mõlemat lingisuunda hinnates, antenne hoolikalt planeerides ja tegelikus töökeskkonnas toimivust valideerides saavad insenerimeeskonnad ehitada traadita süsteeme, mis toetavad tööstusrobotite ja UAV-de tegevust palju suurema kindlustundega.

KKK-d

Mis on suure võimsusega juhtmeta moodul?

Suure võimsusega traadita moodul on raadiomoodul, mis on konstrueeritud suurema väljundiga RF-teega kui tavaline väikese võimsusega sisseehitatud traadita seade. See võib parandada saatepoolse lingi varu, kuid tegelik ulatus ja töökindlus sõltuvad siiski vastuvõtja jõudlusest, antennidest, kanalitingimustest, regulatiivsetest piirangutest ja ümbritsevast keskkonnast.

Kas UAV suure võimsusega traadita andmesidemoodul võib kanda nii video- kui ka juhtimisandmeid?

Jah, eeldusel, et süsteem on loodud kahe liiklustüübi haldamiseks. Juhtimine ja telemeetria peaksid olema kaitstud suure bitikiirusega videoliikluse eest sobiva prioriseerimise, bitikiiruse piirangute ja lingi kadumise käitumise abil. Rakendus peaks jääma turvaliseks ja juhitavaks isegi siis, kui videokvaliteeti tuleb vähendada.

Kas kõrgem PHY määr tagab parema kaugtulemuse?

Ei. PHY määr on teoreetiline füüsilise kihi võime. Pikamaa jõudlus sõltub saadaolevast lingi marginaalist, kanali laiusest, häiretest, taasedastustest, antennisüsteemist ja rakenduse poolt nõutavast tegelikust bitikiirusest. Madalam ja stabiilne määr võib olla kasulikum kui kõrge kõikuv määr.

Kas 5 GHz või 2,4 GHz on tööstusroboti juhtmevaba side jaoks parem?

Kumbki bänd pole üldiselt parem. Õige valik sõltub raadiosageduslikust keskkonnast, nõutavast läbilaskevõimest, lubatud kanalitest, häirete profiilist, antenni konstruktsioonist ja kohalikest eeskirjadest. Kohapealne uuring ja välikatsetus, kasutades selleks ettenähtud seadmeid, on kõige usaldusväärsemad viisid otsuse tegemiseks.

Miks on välisantennid UAV- ja robotlinkide jaoks olulised?

Välised antennid annavad disaineritele suurema kontrolli antenni võimenduse, paigutuse, polarisatsiooni ja mürarikkast elektroonikast eraldamise üle. Nende eelised sõltuvad sobivate antennide valimisest ja õigest paigaldamisest. Halb kaabli marsruut, nõrgad pistikud või antenni paigaldamine juhtivate konstruktsioonide taha võivad eelist vähendada.

Kuidas peaks meeskond traadita ühendust enne juurutamist testima?

Testige lõplikku seadet selle tootmisotstarbeliste antennide, korpuse, hostprotsessori ja rakenduste liiklusega. Mõõtke läbilaskevõimet, pakettide kadu, latentsust, värinat, video käitumist ja taastumisaega eeldatava marsruudi või tegevuspiirkonna kõige keerulisemates osades. Korrake teste realistliku liikumise ja raadiosagedusliku ülekoormuse korral.