RU149882U1 - Сфероробот - Google Patents
Сфероробот Download PDFInfo
- Publication number
- RU149882U1 RU149882U1 RU2013152123/02U RU2013152123U RU149882U1 RU 149882 U1 RU149882 U1 RU 149882U1 RU 2013152123/02 U RU2013152123/02 U RU 2013152123/02U RU 2013152123 U RU2013152123 U RU 2013152123U RU 149882 U1 RU149882 U1 RU 149882U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- module
- spherical robot
- information
- equatorial
- rotary
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Toys (AREA)
Abstract
1. Сфероробот, содержащий полый корпус, состоящий из полусфер, каркас в виде экваториального диска, установленный в разъеме полусфер, роторные движители, отличающийся тем, что в экваториальном диске выполнены окна, в которых установлены роторные движители, при этом оси вращения роторов расположены под углом 90° по отношению друг к другу, а точка пересечения осей движителей находится на линии диаметра корпуса, расположенной перпендикулярно оси экваториального диска.2. Сфероробот по п.1, отличающийся тем, что он снабжен источником питания, расположенным на платформе экваториального диска, модулем микропроцессорного управления, модулем информационно-измерительной системы ориентации в пространстве, датчиками ускорений, угловых скоростей, магнетометром, модулем беспроводного приема и передачи данных, при этом модуль микропроцессорного управления выполнен с возможностью формирования управляющих воздействий роторными движителями с учетом сигналов обратной связи от датчиков угловых скоростей и модуля информационно-измерительной системы, а также учетом данных, полученных от модуля беспроводного приема и передачи данных, а модуль информационно-измерительной системы ориентации в пространстве выполнен с возможностью программной обработки сигналов датчиков ускорений, датчиков угловых скоростей и магнетометра.3. Сфероробот по п.2, отличающийся тем, что источник питания содержит аккумуляторные ячейки, используемые для балансировки сфероробота.
Description
Сфероробот относится к самоходным транспортным средствам, а именно к мобильным роботам.
Известен робот-шар, содержащий полую сферу, установленные внутри сферы двигатели, зафиксированные таким образом, что их геометрические оси перпендикулярны друг другу и пересекаются в геометрическом центре сферы, один из двигателей установлен на внутренней поверхности сферы и соединен посредством каркаса, выполненного в форме четверти окружности, со вторым двигателем, установленным на свободном конце упомянутого каркаса и снабженным аналогичным каркасом, связанным с его валом [1].
Также известен робот-шар, состоящий из корпуса, выполненного в виде полого шара, содержащий внутренний каркас, соединенный с корпусом шарниром, закрепленный на внутреннем каркасе первый электропривод, вал которого соединен с корпусом, также на каркасе закреплен второй электропривод, на обоих концах сквозного вала которого закреплены дебалансы [2].
Недостатком данных роботов является то, что используемые кинематические схемы снижают быстродействие роботов, не позволяя им осуществлять все многообразие возможных направлений и траекторий движения, а также двигаться в любом заданном направлении без дополнительных (предварительных) перемещений подвижных масс внутри сферической оболочки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели, выбранный в качестве прототипа, является дистанционно управляемый катящийся робот [3], содержащий полую сферу, имеющую гладкую наружную и внутреннюю поверхности, не менее двух роторов, установленных внутри сферы в диаметральном направлении так, что геометрические оси роторов пересекаются в геометрическом центре сферы; передаточные механизмы, соединяющие диаметрально противоположные роторы, выполняющие также роль элементов каркаса. Управление движением робота осуществляется с помощью пульта дистанционного управления.
Недостатками данного робота являются отсутствие автономного управления и недостаточная маневренность, что обусловлено тем, что расположение роторов в предложенной конструкции не позволяет обеспечить совмещение центра масс системы с геометрическим центром сферической оболочки без дополнительного утяжеления робота, что приводит также к возрастанию момента инерции, снижению быстроты изменения скорости и направления движения робота.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в повышении маневренности, т.е. возможности реализации движений сфероробота с роторными движителями по максимально сложным траекториям и обеспечении автономности управления.
Решение данной задачи достигается тем, что в полом корпусе сфероробота, состоящем из полусфер, расположен каркас, выполненный в виде экваториального диска и установленный в разъеме полусфер, при этом в экваториальном диске выполнены окна, в которых установлены роторные движители, оси вращения которых расположены под углом 90° по отношению друг к другу, а точка пересечения осей движителей находится на линии диаметра корпуса, расположенной перпендикулярно оси экваториального диска.
Кроме того, сфероробот снабжен источником питания, содержащим аккумуляторные ячейки, расположенные на платформе экваториального диска, используемые для балансировки сфероробота, модулем микропроцессорного управления, модулем информационно-измерительной системы ориентации в пространстве, датчиками ускорений, угловых скоростей, магнетометром, модулем беспроводного приема и передачи данных, при этом модуль микропроцессорного управления выполнен с возможностью формирования управляющих воздействий роторными движителями с учетом сигналов обратной связи от датчиков угловых скоростей и модуля информационно-измерительной системы, а также учетом данных, полученных от модуля беспроводного приема и передачи данных, а модуль информационно-измерительной системы ориентации в пространстве выполнен с возможностью программной обработки сигналов датчиков ускорений, датчиков угловых скоростей и магнетометра.
Конструкция заявляемого сфероробота представлена на фиг.1-3. Сфероробот содержит полый корпус 1, состоящий из двух одинаковых полусфер 1а и 1б, каркас, в виде экваториального диска 2, установленный в разъеме полусфер 1а, 1б, имеющий окна 3, 4, 5, в которых расположены роторные движители 6, 7, 8 с роторами 9, 10, 11, снабженные датчиками угловых скоростей 12, 13, 14. Периметр экваториального диска 2 имеет закругление с радиусом, равным радиусу внутренних поверхностей полусфер 1а, 1б для их беззазорной посадки, что обеспечивает герметичность внутреннего пространства и позволяет использовать сфероробот в агрессивных условиях окружающей среды, а также под водой.
Крепление роторных движителей 6, 7, 8 выполнено на экваториальном диске 2 так, что оси их вращения расположены под углом 90° по отношению друг к другу, а точка их пересечения находится на линии диаметра полого корпуса 1, перпендикулярной экваториальному диску 2. Это обеспечивает расположение центра масс системы в геометрическом центре полого корпуса 1 (фиг.1).
Кроме того, на платформе 15, установленной на экваториальном диске 2 (фиг.2) установлены модуль микропроцессорного управления 16, модуль информационно - измерительной системы ориентации сфероробота в пространстве 17, содержащий интегрированные трехкомпонентный датчик ускорений 18, трехкомпонентный датчик угловых скоростей 19 и магнетометр 20, модуль беспроводного приема и передачи данных 21. К модулю микропроцессорного 16 управления подключены также датчики угловых скоростей 12, 13, 14.
На платформе 22, установленной на экваториальном диске 2 на стороне противоположной к платформе 15, расположен распределенный по объему источник питания, состоящий из аккумуляторных ячеек 23, 24, 25 (фиг.3).
Сфероробот работает следующим образом. Движение сфероробота осуществляется за счет создания движущего момента при ускоренном вращении роторов 9, 10, 11 роторных движителей 6, 7, 8. При этом кинетические моменты роторов складываются и создают суммарный кинетический момент, приводящий в движение сфероробот.
Направление движения сфероробота определяется соотношением ускорений и направлений вращения роторов 9, 10, 11. Благодаря обеспечению положения центра масс сфероробота в геометрическом центре полого корпуса 1, за счет расположения роторных движителей 6, 7, 8 на экваториальном диске 2 так, что оси их вращения расположены под углом 90° по отношению друг к другу, а точка их пересечения находится на линии диаметра полого корпуса 1, перпендикулярной экваториальному диску 2, сфероробот может начать движение в любом заданном направлении и изменять заданное направление движения на любое другое.
Микропроцессорный модуль управления 16 формирует управляющие воздействия роторными движителями 6, 7, 8 с учетом сигналов обратной связи от датчиков угловых скоростей 12, 13, 14 и модуля информационно-измерительной системы 17, а также учетом данных, полученных от модуля беспроводного приема и передачи данных 21.
По показаниям датчиков модуля информационно - измерительной системы ориентации сфероробота в пространстве 17: трехкомпонентного датчика ускорений 18, трехкомпонентного датчика угловых скоростей 19 и магнетометра 20 - микропроцессорный модуль управления производит вычисления действительного положения и ориентации, а также скорости и направления движения сфероробота.
Электропитание роторных движителей 6, 7, 8, модуля микропроцессорного управления 16, модуля информационно - измерительной системы ориентации сфероробота в пространстве 17, модуля беспроводного приема и передачи 21 осуществляется от распределенного по объему источника питания, состоящего из одинаковых аккумуляторных ячеек 23, 24 и 25, используемых, в том числе, для балансировки сфероробота.
Возможно дистанционное и автономное управление движением сфероробота. В первом случае, посредством беспроводного канала связи, оператор задает скорость и направление вращения каждого роторного движителя 6, 7, 8, в зависимости от которых сфероробот выполняет движение. Во втором сфероробот, получив координаты места назначения, в зависимости от его положения и ориентации, перемещается по управляющим воздействиям, рассчитанным микропроцессорным модулем управления 16, корректируя управляющие воздействия в зависимости от данных, полученных от модуля информационно-измерительной системы ориентации сфероробота в пространстве 17.
Таким образом, по сравнению с известными техническими решениями, максимальная маневренность при движениях по сложным траекториям предполагаемой полезной модели достигается за счет расположения роторных движителей 6, 7, 8, так, что оси их вращения расположены под углом 90° по отношению друг к другу, а точка их пересечения находится на линии диаметра полого корпуса 1 перпендикулярной экваториальному диску 2, что обеспечивает положение центра масс сфероробота в геометрическом центре полого корпуса 1. Это также исключает необходимость использования дополнительных балансировочных масс, что, при прочих равных условиях, снижает массу и момент инерции сфероробота. Автономное управление сферороботом достигается за счет введения микропроцессорного модуля управления 16 с модулем информационно-измерительной системы ориентации в пространстве 17.
Источники, принятые во внимание:
1. Патент RU №2315686 Робот-шар // Наедина Л.И., 2008 г.
2. Патент RU №106215 Робот-шар // Яцун С.Ф., Савин С.И., Казарян К.Г., 2011 г.
3. United States Patent №6,414,457 Autonomous rolling robot // Sunil K., Agrawal, Shourov Bhattacharya, Jul. 2, 2002 (прототип).
4. Борисов А.В., Килин А.А., Мамаев И.С. Как управлять шаром Чаплыгина при помощи роторов. Нелинейная динамика. 2012. Т.8. №2. С.289-307.
5. Борисов А.В., Килин А.А., Мамаев И.С. Как управлять шаром Чаплыгина при помощи роторов. II Нелинейная динамика. 2013. Т.9. №1. С.59-76.
Claims (3)
1. Сфероробот, содержащий полый корпус, состоящий из полусфер, каркас в виде экваториального диска, установленный в разъеме полусфер, роторные движители, отличающийся тем, что в экваториальном диске выполнены окна, в которых установлены роторные движители, при этом оси вращения роторов расположены под углом 90° по отношению друг к другу, а точка пересечения осей движителей находится на линии диаметра корпуса, расположенной перпендикулярно оси экваториального диска.
2. Сфероробот по п.1, отличающийся тем, что он снабжен источником питания, расположенным на платформе экваториального диска, модулем микропроцессорного управления, модулем информационно-измерительной системы ориентации в пространстве, датчиками ускорений, угловых скоростей, магнетометром, модулем беспроводного приема и передачи данных, при этом модуль микропроцессорного управления выполнен с возможностью формирования управляющих воздействий роторными движителями с учетом сигналов обратной связи от датчиков угловых скоростей и модуля информационно-измерительной системы, а также учетом данных, полученных от модуля беспроводного приема и передачи данных, а модуль информационно-измерительной системы ориентации в пространстве выполнен с возможностью программной обработки сигналов датчиков ускорений, датчиков угловых скоростей и магнетометра.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013152123/02U RU149882U1 (ru) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | Сфероробот |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013152123/02U RU149882U1 (ru) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | Сфероробот |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU149882U1 true RU149882U1 (ru) | 2015-01-20 |
Family
ID=53292389
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013152123/02U RU149882U1 (ru) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | Сфероробот |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU149882U1 (ru) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU172254U1 (ru) * | 2016-11-15 | 2017-07-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Безвинтовой подводный робот |
CN106914902A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-07-04 | 河南理工大学 | 一种无线充电的全封闭球型机器人 |
RU172377U1 (ru) * | 2015-12-14 | 2017-07-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Двухмодульный мобильный робот |
RU188214U1 (ru) * | 2017-11-23 | 2019-04-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Робот-шар |
CN109955269A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-07-02 | 深圳市环境科学研究院 | 一种弱gps信号环境下的地下管网探测机器人及探测方法 |
RU197028U1 (ru) * | 2019-07-26 | 2020-03-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Сфероробот с комбинированным приводом |
RU208908U1 (ru) * | 2021-10-29 | 2022-01-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Безвинтовой подводный робот с неизменяемой формой оболочки |
RU215393U1 (ru) * | 2022-07-22 | 2022-12-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Маневрирующий сфероробот |
-
2013
- 2013-11-22 RU RU2013152123/02U patent/RU149882U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU172377U1 (ru) * | 2015-12-14 | 2017-07-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Двухмодульный мобильный робот |
CN106914902A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-07-04 | 河南理工大学 | 一种无线充电的全封闭球型机器人 |
RU172254U1 (ru) * | 2016-11-15 | 2017-07-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Безвинтовой подводный робот |
RU188214U1 (ru) * | 2017-11-23 | 2019-04-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Робот-шар |
CN109955269A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-07-02 | 深圳市环境科学研究院 | 一种弱gps信号环境下的地下管网探测机器人及探测方法 |
RU197028U1 (ru) * | 2019-07-26 | 2020-03-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Сфероробот с комбинированным приводом |
RU208908U1 (ru) * | 2021-10-29 | 2022-01-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Безвинтовой подводный робот с неизменяемой формой оболочки |
RU215393U1 (ru) * | 2022-07-22 | 2022-12-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Маневрирующий сфероробот |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU149882U1 (ru) | Сфероробот | |
US10689108B2 (en) | Unmanned aerial vehicle with omnidirectional thrust vectoring | |
CN103192987B (zh) | 一种飞行和爬壁两栖机器人及其控制方法 | |
CN105416428A (zh) | 一种搭载有控制力矩陀螺,并且具有原地自转能力的球形机器人 | |
CN103085955B (zh) | 一种仿海龟四鳍拍动式自主水下机器人 | |
US11818463B2 (en) | Counter-balancing vibrations from a vehicle for stabilizing image capture | |
CN105034729B (zh) | 可变形多模态陆空飞行机器人 | |
CN108082436A (zh) | 一种用于水下机器人的推进装置和水下机器人 | |
CN102219032B (zh) | 软壳体球形机器人 | |
CN102179812B (zh) | 一种可运用于探测的球形机器人 | |
CN107624171B (zh) | 无人机及控制无人机姿态的控制方法、控制装置 | |
CN1098751C (zh) | 球形移动机器人 | |
Dudley et al. | A micro spherical rolling and flying robot | |
CN205085966U (zh) | 一种自重构模块化可移动式机器人***模块单元 | |
CN201313307Y (zh) | 环境探测球形机器人 | |
CN106716284A (zh) | 控制方法、装置和***、飞行器、载体及操纵装置 | |
CN212605739U (zh) | 一种蝠鲼机器人 | |
CN104724269A (zh) | 一种空间机动尾摆推进装置 | |
CN110815245A (zh) | 用于迎宾的服务机器人 | |
CN209290651U (zh) | 一种用于水下机器人的推进装置和水下机器人 | |
TWI551494B (zh) | 三維飛輪行動載具 | |
KR20160102826A (ko) | 다중회전익 무인비행체 | |
Mao et al. | A spherical mobile robot driven by eccentric pendulum and self-stabilizing by flywheel | |
RU2600043C2 (ru) | Робот-шар | |
RU167129U1 (ru) | Комбинированный сфероробот |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20151123 |