RO128986B1 - Mobile microrobot with hybrid locomotion - Google Patents

Abstract

The invention relates to a mobile microrobot with hybrid locomotion, which may easily move both on previously prepared surfaces and on natural ground, by using an operating way named "vehicle on wheels" or "vehicle with wheels and legs". According to the invention, the microrobot consists of a central body (1), whereon there are mounted two mechanisms (2) which are the legs and the driving wheels, respectively, and which are driven by some servo-motors (13, 11 and 12), the left leg consisting of a kinematic element (7), a servo-motor (9) for rotation in horizontal plane, a lifting/lowering servo-motor (8) and a passive wheel (10), the right leg consisting of a kinematic element (5), a servo-motor (3) for rotation in horizontal plane, a lifting/lowering servo-motor (4) and another passive wheel (6).

Description

Orice persoană are dreptul să formuleze în scris și motivat, la OSIM, o cerere de revocare a brevetului de invenție, în termen de 6 luni de la publicarea mențiunii hotărârii de acordare a acesteiaEveryone has the right to file in writing and motivated, at OSIM, a request for revocation of the patent, within 6 months from the publication of the mention of the decision granting it

RO 128986 Β1RO 128986 Β1

Invenția se referă la un microrobot mobil cu locomoție hibridă, care poate fi utilizat atât pe teren pregătit în prealabil, cum ar fi în interiorul clădirilor, pe căile de transport urban, cât și pe teren accidentat, natural sau în trepte, sau pe teren moale, cum ar fi terenuri nisipoase sau cu vegetație.The invention relates to a mobile micro-robot with hybrid locomotion, which can be used both on pre-prepared terrain, such as inside buildings, on urban transport routes, as well as on rugged, natural or stepped terrain, or on soft ground. , such as sandy or vegetated land.

Este cunoscut un robot care se poate deplasa și poate fi poziționat pe diverse terenuri, prezentat în brevetul US 4558758, care are un dispozitiv de deplasare prevăzut cu patru picioare extensibile, care permit deplasarea și poziționarea robotului pe diverse terenuri, acesta având un corp central la care sunt articulate cele patru picioare extensibile, ce au posibilitatea să pivoteze față de corpul central și sunt prevăzute cu niște elemente articulate ce pot fi ridicate sau coborâte cu ajutorul unor servomotoare, deplasarea fiind asigurată prin intermediul unor mijloace de propulsie hidraulice.It is known a robot that can move and can be positioned on various terrains, presented in US patent 4558758, which has a displacement device provided with four extensible legs, which allow the robot to move and position on various terrains, it having a central body at which are articulated the four extensible legs, which have the possibility to pivot with respect to the central body and are provided with articulated elements that can be raised or lowered by means of actuators, the movement being ensured by means of hydraulic propulsion means.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în deplasarea atât pe teren pregătit în prealabil sau pe căile de transport urban, cât și pe teren accidentat, natural sau în trepte, sau pe teren moale, cum ar fi terenuri nisipoase sau cu vegetație.The technical problem solved by the invention consists in moving both on pre-prepared terrain or on urban transport routes, on rugged, natural or stepped terrain, or on soft terrain, such as sandy or vegetated land.

Microrobotul mobil cu locomoție hibridă, conform invenției, are un corp central pe care sunt prevăzute niște roți motoare, roata motoare dreapta și roata motoare stânga, care sunt acționate prin intermediul unui servomotor de antrenare dreapta și al unui servomotor de antrenare stânga; pe corpul central mai sunt prevăzute un servomotor de rotire dreapta și un servomotor de rotire stânga, precum și un servomotor inferior dreapta și un servomotor inferior stânga, de ridicare/coborâre a unor picioare de sprijin, prevăzute cu niște roți pasive.The mobile micro-robot with hybrid locomotion, according to the invention, has a central body which is provided with drive wheels, the right drive wheel and the left drive wheel, which are actuated by means of a right-hand drive actuator and a left-hand drive actuator; On the central body there are also a right-hand rotary actuator and a left-hand rotary actuator, as well as a lower right-hand actuator and a left-hand lower actuator, for raising / lowering some support legs, provided with passive wheels.

Microrobotul mobil cu locomoție hibridă, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:The mobile micro-robot with hybrid locomotion, according to the invention, has the following advantages:

- viteză mare de deplasare pe orice fel de suprafață;- high speed of movement on any kind of surface;

- abilitatea de a escalada obstacole.- ability to climb obstacles.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1 ...6, care reprezintă:An example of embodiment of the invention is given below, in connection with FIG. 1 ... 6, which represents:

-fig. 1, schemă cinematică a microrobotului;FIG. 1, kinematic diagram of the microrobot;

- fig. 2, vedere axonometrică a microrobotului;FIG. 2, axonometric view of the microrobot;

-fig. 3, vedere axonometrică a microrobotului, în configurația vehicul cu roți, pentru deplasarea pe o traiectorie rectilinie;FIG. 3, axonometric view of the micro-robot, in the configuration of the wheeled vehicle, for moving along a straight path;

-fig. 4, vedere axonometrică a microrobotului, în configurația vehicul cu roți, pentru pivotarea în jurul axei verticale ce intersectează axa comună a roților motoare, punctul de intersecție al celor două axe fiind considerat centrul geometric al microrobotului;FIG. 4, axonometric view of the micro-robot, in the wheeled vehicle configuration, for pivoting around the vertical axis that intersects the common axis of the motor wheels, the point of intersection of the two axes being considered the geometric center of the micro-robot;

- fig. 5, vedere axonometrică a microrobotului, în configurația vehicul cu roți și picioare, pentru deplasare fiind active doar picioarele;FIG. 5, axonometric view of the micro-robot, in the configuration of the vehicle with wheels and feet, for movement being active only the legs;

- fig. 6, vedere axonometrică a microrobotului, în configurația vehicul cu locomoție hibridă, atunci când sunt active și roțile motoare și picioarele de sprijin.FIG. 6, axonometric view of the micro-robot, in the configuration of the vehicle with hybrid locomotion, when the drive wheels and the support legs are active.

Microrobotul mobil cu locomoție hibridă, conform invenției, are un corp 1 central, prevăzut cu o roată 2 motoare dreapta și o roată 3 motoare stânga, acționate prin intermediul unui servomotor 4 de antrenare dreapta și al unui servomotor 5 de antrenare stânga, similare.The mobile micro-robot with hybrid locomotion, according to the invention, has a central body 1, equipped with a wheel 2 right motors and a wheel 3 left motors, actuated by means of a right-hand drive actuator 4 and a left-hand drive actuator 5, similar.

Pe corpul 1 central sunt prevăzute un servomotor 6 de rotire dreapta și un servomotor 7 de rotire stânga, similare, precum și un servomotor 8 inferior dreapta și un servomotor 9 inferior stânga, de ridicare/coborâre a unor picioare 10 și 11 de sprijin, similare, prevăzute cu niște roți 12 și 13 pasive.On the central body 1 there are provided a right rotary actuator 6 and a similar left rotary actuator 7, as well as a lower right actuator 8 and a lower left actuator 9, lifting / lowering some support legs 10 and 11, similar , equipped with passive 12 and 13 wheels.

Razele roții 2 motoare dreapta și roții 3 motoare stânga sunt egale cu lungimea proiecției picioarelor 10 și 11 de sprijin, atunci când acestea se află în faza de suport.The radii of the right 2-wheel drive and the left-hand 3-wheel are equal to the projection length of the support legs 10 and 11, when they are in the support phase.

Roțile 12 și 13 pasive au rolul de a elimina alunecarea picioarelor 10 și 11 de sprijin pe direcția transversală a microrobotului, în cazul locomoției hibride, atunci când acestea sunt active, în cazul deplasării după o traiectorie rectilinie, descrisă de punctul de contact cuThe passive wheels 12 and 13 have the role of eliminating the sliding of the support legs 10 and 11 in the transverse direction of the microrobot, in the case of hybrid locomotion, when they are active, in the case of displacement following a straight path, described by the contact point with

RO 128986 Β1 solul al uneia dintre roțile 12 și 13 pasive, care este un arc de cerc, iar traiectoriile descrise 1 de punctele de contact cu solul ale roții 2 dreapta și roții 3 stânga motoare sunt segmente de dreaptă. 3 în cazul acționării hibride, deplasarea microrobotului este asigurată prin coordonarea mișcării continue a roții 2 dreapta și roții 3 stânga motoare cu mișcarea discontinuă a picioa- 5 relor 10 și 11 de sprijin.RO 128986 Β1 the ground of one of the passive wheels 12 and 13, which is a circle arc, and the paths described 1 by the ground contact points of the right wheel 2 and the left wheel 3 motors are straight segments. 3 in the case of hybrid drive, the movement of the micro-robot is ensured by coordinating the continuous movement of the 2 right wheel and the 3 left wheel motors with the discontinuous movement of the 5-pin relay 10 and 11 support.

Pentru simplificarea problemei cinematice, lungimea proiecției unui picior 10 sau 11 7 de sprijin, în plan orizontal, pentru faza de suport, este egală cu raza roții 2 dreapta și roții 3 stânga motoare. 9 în aceste condiții, viteza unghiulară a servomotorului 6 de rotire dreapta și a servomotorului 7 de rotire stânga, care asigură rotația picioarelor 10 și 11 de sprijin în faza de 11 suport, este egală cu viteza unghiulară a roții 2 de antrenare dreapta și a roții 3 de antrenare stânga motoare. 13To simplify the kinematic problem, the projection length of a support leg 10 or 11 7, horizontally, for the support phase, is equal to the radius of the right 2 wheel and the left 3 wheel. 9 under these conditions, the angular velocity of the right-turning actuator 6 and the left-turning actuator 7, which ensures the rotation of the support legs 10 and 11 in the support phase 11, is equal to the angular velocity of the right-hand drive wheel 2 and the wheel 3 left drive motors. 13

Pentru asigurarea stabilității statice, este necesar ca cel puțin un picior 10 sau 11 de sprijin să fie în contact cu solul, iar centrul de masă al sistemului mobil să se afle în interiorul 15 poligonului de sprijin.To ensure static stability, it is necessary that at least one support leg 10 or 11 is in contact with the ground, and the center of mass of the mobile system is located within the support polygon 15.

Microrobotul mobil cu locomoție hibridă, conform invenției, este prevăzut cu un corp 17 central, pe care sunt montate două mecanisme cu rol de picioare, precum și două roți, ce asigură locomoția microrobotului. 19The mobile micro-robot with hybrid locomotion, according to the invention, is provided with a central body 17, on which are mounted two leg-drive mechanisms, as well as two wheels, which ensure the locomotion of the micro-robot. 19

Mecanismul fiecărui picior este format dintr-un lanț cinematic cu structură serială, având două cuple cinematice de rotație active, una necesară ridicării/coborârii piciorului, 21 rotindu-l cu un unghi β în jurul unei axe orizontale, cealaltă pentru rotația acestui picior, cu unghiul a, în jurul axei verticale a cuplei pe care piciorul o face cu șasiul, rotație necesară 23 efectuării pasului pentru deplasarea efectivă a microrobotului.The mechanism of each leg consists of a kinematic chain with serial structure, having two active kinematic rotating couplings, one required to raise / lower the foot, 21 rotating it with an angle β around a horizontal axis, the other for rotation of this foot, with the angle a, about the vertical axis of the coupling that the foot makes with the chassis, rotation 23 necessary to perform the step for the effective movement of the microrobot.

Pentru acționarea acestor cuple cinematice se utilizează actuatori electrici din familia 25 servo. Pe lângă cele două grade de mobilitate active, mecanismul piciorului mai are un al treilea grad de mobilitate pasiv, asigurat de o roată de diametru redus, liberă la rotația în jurul 27 axei proprii, în scopul preluării abaterii de la rectiliniaritate a traiectoriei piciorului, atunci când acesta se află în faza de suport (contact cu solul). 29Electric actuators from the 25 servo family are used to operate these kinematic couplings. In addition to the two active mobility degrees, the foot mechanism also has a third degree of passive mobility, provided by a small diameter wheel, free to rotate around 27 its own axis, in order to take the deviation from the rectilinearity of the leg trajectory, then when it is in the support phase (ground contact). 29

Pe lângă cele două picioare, robotul mai conține două roți active, de rază mai mare, egală cu lungimea proiecției piciorului în plan orizontal, atunci când acesta se află în faza de 31 suport. în aceste condiții, viteza unghiulară a servomotoarelor, ce asigură rotația piciorului în jurul axei verticale a cuplei cinematice de legătură la corpul central, pentru faza de suport, 33 este egală cu viteza unghiulară a roților din spate.In addition to the two legs, the robot also contains two active wheels, of larger radius, equal to the length of the projection of the foot in a horizontal plane, when it is in the 31 support phase. Under these conditions, the angular velocity of the actuators, which ensures the rotation of the foot about the vertical axis of the kinematic link connecting to the central body, for the support phase, 33 is equal to the angular velocity of the rear wheels.

Pentru comanda robotului se folosește un microcontroler din familia PIC. 35To control the robot, a microcontroller from the PIC family is used. 35

Se pot implementa trei tipuri de control al mișcării robotului:Three types of robot motion control can be implemented:

- deplasare utilizând doar roțile motoare - cel puțin una din roțile pasive montate în 37 extremitatea picioarelor fiind în contact cu solul, picioarele rămânând în poziție fixă; în această situație, microrobotul funcționează ca un vehicul cu trei/patru roți; 39- displacement using only the drive wheels - at least one of the passive wheels mounted at the 37 end of the legs being in contact with the ground, the feet remaining in a fixed position; in this situation, the micro-robot operates as a three / four-wheel vehicle; 39

- deplasare utilizând doar picioarele - acționarea servomotoarelor din cuplele cinematice ale picioarelor, decuplând motoarele ce acționează roțile conducătoare; 41- displacement using only the legs - actuation of the actuators in the kinematic torques of the legs, decoupling the motors that drive the driving wheels; 41

- acționare hibridă - sunt controlate atât roțile conducătoare, cât și motoarele de acționare ale picioarelor; în acest caz, roțile motoare sprijină picioarele în procesul de punere 43 în mișcare a microrobotului, îmbunătățind forța de tracțiune a acestuia.- Hybrid drive - both the steering wheels and the foot drive motors are controlled; In this case, the drive wheels support the legs in the process of moving the micro-robot 43, improving its traction force.

Dimensiunile microrobotului potfi: lungime200 mm, lățime 180 mm, înălțime 125 mm, 45 putând avea o masă totală de 1200 g, incluzând și acumulatorul.The dimensions of the micro-robot can be: length 200 mm, width 180 mm, height 125 mm, 45 can have a total mass of 1200 g, including the battery.

Claims (2)

1 Revendicări1 Claims 3 1. Microrobot mobil cu locomoție hibridă, care are un corp (1) central pe care sunt prevăzute niște roți (2 și 3) motoare, caracterizat prin aceea că roata (2) motoare dreapta3 1. Mobile micro-robot with hybrid locomotion, which has a central body (1) on which are provided wheels (2 and 3) engines, characterized in that the wheel (2) right motors 5 și roata (3) motoare stânga sunt acționate prin intermediul unui servomotor (4) de antrenare dreapta și al unui servomotor (5) de antrenare stânga; pe corpul (1) central mai sunt prevă7 zute un servomotor (6) de rotire dreapta și un servomotor (7) de rotire stânga, precum și un servomotor (8) inferior dreapta și un servomotor (9) inferior stânga, de ridicare/coborâre a5 and the left-hand drive (3) are driven by a right-hand actuator (4) and a left-hand actuator (5); On the central body (1) there are also provided 7 a right-hand actuator (6) and a left-hand actuator (7), as well as a lower right-hand actuator (8) and a lower-left actuator (9) for lifting / lowering. of 9 unor picioare (10 și 11) de sprijin, prevăzute cu niște roți (12 și 13) pasive.9 support legs (10 and 11), with passive wheels (12 and 13). 2. Microrobot mobil cu locomoție hibridă, conform revendicării 1, caracterizat prin2. A mobile locomotive with hybrid locomotion, according to claim 1, characterized in 11 aceea că razele roții (2) motoare dreapta și roții (3) motoare stânga sunt egale cu lungimea proiecției picioarelor (10 și 11) de sprijin, atunci când acestea se află în faza de suport.11 that the radii of the wheel (2) right motors and the wheel (3) left motors are equal to the projection length of the support legs (10 and 11), when they are in the support phase.