Sualtı Robotik Kolları İçin Hangi Motor Tipleri Güvenilirdir? Temel Gereksinimler Nelerdir?

Qingdao'daki Pilot Ulusal Deniz Bilimi ve Teknolojisi Laboratuvarı'nın derin deniz simülasyon tesisinde mühendisler monitörleri dikkatle izlediler. Odanın içinde, bir su altı robot kolu, 3.000 metrelik simüle edilmiş su basıncı altında sürekli olarak kavrama görevlerini yerine getiriyordu. 200 saat sonra tüm bağlantı motorları normal sıcaklıklarını, mükemmel sızdırmazlıklarını ve hassas konumlandırmalarını korudu.

Proje lideri, 'Derin deniz operasyonları robotik kolu operatörün eli haline getirir ve motorlar da bu elin eklemleridir' diye açıkladı. 'Bir eklem başarısız olursa, tüm görev başarısız olur.'

Sualtı robotik kolları zorlu koşullarla karşı karşıyadır: yüksek basınç, düşük sıcaklık, korozyon ve karanlık. Peki hangi motor türlerine güvenilebilir? Pazarlığa açık olmayan gereksinimler nelerdir? Bunu üç açıdan inceleyelim: motor tipleri, teknik standartlar ve gerçek dünyadaki durumlar.

I. Motor Seçimi: Üç Tip, Üç Rol

Farklı bağlantıların farklı ihtiyaçları vardır; bazıları düşük hızlarda yüksek tork gerektirir, diğerleri hızlı yanıt ve hassas konumlandırmaya ihtiyaç duyar, bazıları ise sadece basit açma-kapama eylemlerine ihtiyaç duyar. Görev gereksinimlerine bağlı olarak genel seçimler üç kategoriye ayrılır:

1. Sabit Mıknatıslı DC Servo Motorlar—Yüksek Hassasiyetli Kontrolün Seçimi

Hassas konum kontrolü gerektiren bağlantılar için sabit mıknatıslı DC servo motorlar tercih edilir. e göre , bu motorların yüksek tork yoğunluğuna, düşük hız dalgalanmasına ve mükemmel dinamik tepkiye sahip olması gerekir.  JB/T 14544-2024 'Sualtı Araçlarına Yönelik DC Motorlara İlişkin Teknik Özellikler'  1 Ekim 2024'te yürürlüğe giren Standart, su altı robotlarında kullanılan, robotik kollar gibi Hassas aktüatörlere uygulanabilen sabit mıknatıslı DC motorlar için temel parametreleri, sınıflandırmayı ve teknik gereksinimleri belirtir.

Wheatstone'un TY serisi su altı sabit mıknatıslı senkron motorları, 200°C'ye kadar %5'ten daha az akı bozulmasına sahip Samaryum Kobalt mıknatısları kullanır. 23 bit mutlak kodlayıcılarla eşleştirildiğinde konumlandırma doğruluğu 0,01 dereceye ulaşır. Bir derin deniz araştırma projesinde, bu motorları kullanan robot kollar, 3.500 metre derinlikte 2.000 saat boyunca sürekli olarak çalışarak ±0,5 mm dahilinde tekrarlanabilirliği korudu.

1. Fırçasız DC Motorlar—Güvenilirlik Şampiyonları

Aşınacak fırçaları olmayan fırçasız motorlar uzun ömür sunar; uzun süreli sürekli çalışma gerektiren bağlantılar için idealdir. FAULHABER'in örnek olay incelemeleri, BP4 serisi fırçasız motorlarının 6.000 metre derinlikte yağ dolu aktüatörlere güç verdiğini ve basınç dengeleme teknolojisi sayesinde uzun vadeli güvenilirliğe ulaştığını gösteriyor. Temel avantajlar: komütasyon kıvılcımlarının olmaması (daha kolay sızdırmazlık), yüksek verimlilik (daha az ısı) ve uzun bakım aralıkları.

Wheatstone'un WDB serisi fırçasız DC motorları, H Sınıfı yalıtım ve VPI vakum emdirme özelliğine sahiptir ve derin deniz ortamlarında 20.000 saat kesintisiz çalışma sağlar. Bir CSSC sualtı aracı projesi, bu motorları robotik kol omuz eklemleri için kullandı ve su altında toplam 500 saatin üzerinde üç derin deniz görevini tamamladı.

1. Step Motorlar—Uygun Maliyetli Basitlik

Açık döngü kontrolü ve basit hareketler için adım motorları değer sağlar. Empire Magnetics, Kanada'daki Bedford Enstitüsü'nün Hudson Nehri'nde 120 metre derinlikte paslanmaz çelik, yağla doldurulmuş, basınç dengelemeli step motorlar kullandığını ve su altı numune alma görevlerini başarıyla tamamladığını bildirdi. Basit yapı, kolay kontrol; kararlı yüklere ve orta düzeyde hassasiyet gereksinimlerine sahip uygulamalar için idealdir.

Wheatstone'un HB serisi hibrit adım motorları, 2.000 metreye kadar derinlikler için tasarlanmış, mekanik contalı ve basınç dengelemeli paslanmaz çelik gövde seçenekleri sunar. Bir okyanus çiftliği izleme platformu, 50 metre derinlikte numune alma kolunun çalıştırılması için bu motorları kullandı; iki yıl sürekli çalışma, sıfır arıza.

II. Temel Gereksinimler: Her Sualtı Motorunun Geçmesi Gereken Beş Bariyer

Hangi motor tipini seçerseniz seçin, su altında gidiyorsa bu beş testi geçmesi gerekiyor.

Bariyer 1: Sızdırmazlık—IP68 Sadece Başlangıç ​​Çizgisidir

Birçoğu IP68'in yeterli olduğunu varsayıyor. Ancak gerçek derin deniz ortamları yüksek basıncı, düşük sıcaklığı, korozyonu ve döngüsel stresi birleştirir. IP68 yalnızca laboratuvar koşullarını garanti eder; gerçek derinlik testleri, sistematik basınca dayanıklı sızdırmazlık tasarımı.

Wheatstone su altı motorları üç sızdırmazlık katmanına sahiptir:

Statik contalar : Havacılık sınıfı floroelastomer O-halkalar, 50MPa dereceli, sıkıştırma seti <%15

Dinamik contalar : Mikron düzeyinde sıvı filmli silisyum karbür çift mekanik contalar (sertlik elmastan sonra ikinci sırada)

Terminal contaları : Cam sinterlenmiş geçişler, atomik düzeyde metal-cam bağlama, helyum sızıntı oranı <10⁻⁹Pa·m³/s

Bariyer 2: Basınç Telafisi—Denge Sanatı

1000 metrenin altında kalın duvarlar bile yeterli olmuyor. Basınç dengeleme teknolojisi, dahili yağ basıncını harici su basıncıyla dengeleyerek büyük basınç farklarına dayanmayan daha hafif muhafazalara olanak tanır.

Wheatstone'un WDU serisi derin deniz motorları, yüksek yalıtımlı özel yağla doldurulmuş mesane tipi basınç dengeleyicilere sahiptir. Sürekli olarak 1.000 saat süren 3.000 metrelik derinlik testlerinde, yağ yalıtımı sabit kaldı ve tüm motor performansı performans ölçümleri korundu.

Bariyer 3: Malzemeler—Deniz Suyu 'Metal Asittir'

Deniz suyundaki klorür konsantrasyonu tatlı sudakinden binlerce kat daha yüksektir ve sıradan çeliği 8 kat daha hızlı aşındırır. Sualtı motor malzemeleri uzun süreli korozyona dayanıklı olmalıdır.

Wheatstone'un standardı, daha yüksek molibden içeriğine sahip, oyuklanma direnci 304'ün iki katı olan 316L paslanmaz çelik muhafazalardır. Tüm bağlantı elemanları A4-80 paslanmazdır. Aşırı derinlikler için titanyum alaşımı seçenekleri mevcuttur; yoğun oksit filmi deniz suyunda neredeyse etkisizdir.

Bariyer 4: Yalıtım—Motorun 'Hayat Halatı'

Su girerse izolasyon başarısız olur. Ancak su girişi olmasa bile sargıların uzun süreli yüksek nem ve yüksek basınç koşulları altında stabiliteyi koruması gerekir.

Wheatstone su altı motorları, poliimid film ve mika bant kompozitleriyle H Sınıfı (180°C) yalıtım kullanır. İşlem: VPI vakum basıncıyla emprenye etme — 10⁻⊃1;Pa vakum, havayı ve nemi çıkarmak için, ardından özel reçine basınç altında enjekte edilerek her boşluğu doldurur. Sevkiyat öncesi doğrulama: 1,5× nominal voltajda %3 tuzlu suda 24 saat, yalıtım direnci ≥100MΩ.

Bariyer 5: Soğutma—Sualtında 'Soğuk' Kalmak

Derin suda hava taşınımı yoktur; ısı havadan daha hızlı oluşur. Mantık dışı: dışarıda soğuk su var ama motorlar daha kolay ısınıyor.

Wheatstone'un tasarımı: stator çekirdeği ve mahfaza tamamen yüksek termal iletkenliğe sahip bileşikle (havanın termal iletkenliğinin 20 katı) kaplanmıştır. Harici spiral soğutma kanatçıkları pasif soğutma için su akışını kullanır. Yüksek güçlü motorlar için su-yağ kompozit soğutma verimliliği %30'un üzerinde artırır.

III. Wheatstone Sualtı Motoru Ürün Hatları

Kontrol motorlarında neredeyse yirmi yıldır faaliyet gösteren Jiangsu Wheatstone, birden fazla tip ve uygulama senaryosunu kapsayan kapsamlı bir matris sunmaktadır:

Sualtı PMSM Serisi : TY serisi, 0,2kW-22kW, derinlik değerleri 1.000m/3.000m/6.000m, yüksek hassasiyetli robotik kol bağlantıları için 23 bit mutlak kodlayıcılar.

Sualtı BLDC Serisi : WDB serisi, 0,1kW-15kW, derinlik değerleri 500m/2.000m/4.500m, iticiler ve döner aktüatörler için isteğe bağlı Hall sensörleri veya çözümleyiciler.

Sualtı Stepper Serisi : HB serisi, 42mm-110mm çerçeveler, derinlik değerleri 200m/1.000m/2.000m, paslanmaz çelik muhafazalar, basit açık döngü kontrolü için isteğe bağlı yağ dolu dengeleme.

Özel Özel Motorlar : Gerilim, hız, montaj arayüzleri, conta tipleri, basınç dengeleme yöntemleri için bire bir özelleştirme.

Vaka Çalışmaları :

CSSC su altı aracı projesi : Wheatstone TY serisi PMSM'ler, 3.000 metre derinlikte 5 DOF robot kolunu çalıştırıyor, üç görev, 500+ saat hatasız.

Okyanus çiftliği izleme platformu : Wheatstone WDB serisi BLDC motorlar, numune alma kolunu 50 metre derinlikte çalıştırır, iki yıl sürekli çalışma, sökme incelemesi, iç kısımların bozulmamış olduğunu ortaya çıkardı.

Derin deniz madenciliği ön araştırması : 6.000 metre simüle edilmiş derinlikte özel yağla doldurulmuş step motorlar, 200 saat sürekli, kararlı tork, adım kaybı yok.

Wheatstone, ISO9001/TS16949 sertifikasına sahiptir ve ürünleri Çin Sınıflandırma Kurumu tip onayına, 3C sertifikasına ve birden fazla patlamaya dayanıklılık sertifikasına sahiptir. Wheatstone mühendisleri, gereksinim analizinden yerinde desteğe kadar uçtan uca teknik hizmet sunarak ekipmanınızın derin denizde emniyetli, güvenilir ve hassas bir şekilde çalışmasını sağlar.

Sualtı robotik kol motor seçimi hakkında sorularınız varsa veya belirli derinlikler için özel çözümlere ihtiyacınız varsa Wheatstone teknik ekibiyle iletişime geçin.