RU2658683C1 - Spherical robotic (options) - Google Patents
Spherical robotic (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658683C1 RU2658683C1 RU2016152458A RU2016152458A RU2658683C1 RU 2658683 C1 RU2658683 C1 RU 2658683C1 RU 2016152458 A RU2016152458 A RU 2016152458A RU 2016152458 A RU2016152458 A RU 2016152458A RU 2658683 C1 RU2658683 C1 RU 2658683C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- supporting
- shell
- traction
- traction elements
- spherical
- Prior art date
Links
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 43
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 3
- MFRCZYUUKMFJQJ-UHFFFAOYSA-N 1,4-dioxane-2,5-dione;1,3-dioxan-2-one Chemical compound O=C1OCCCO1.O=C1COC(=O)CO1 MFRCZYUUKMFJQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102220538112 Modulator of macroautophagy TMEM150B_A63H_mutation Human genes 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Toys (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к робототехнике, в частности к сферическим роботам (роботам-интрациклам) с маятниковым движителем, предназначенным, в частности, для научно-исследовательских и охранно-мониторинговых целей.The invention relates to robotics, in particular to spherical robots (intracycle robots) with a pendulum propulsion device, intended, in particular, for scientific research and security monitoring purposes.
В настоящее время широкое распространение получают сферические роботы (сферороботы, шаророботы), предназначенные для практического использования, в частности, в составе мультиагентных робототехнических систем.Currently, spherical robots (spherical robots, spherical robots) intended for practical use, in particular, as part of multi-agent robotic systems, are widely used.
Так, 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 (см. 1. Патент РФ на изобретение №2315686, М. кл. B25J 9/00, B25J 11/00, опубл. 27.01.2008 г.).So, a robot ball is known that contains a hollow sphere, motors mounted inside the sphere, fixed in such a way that their geometric axes are perpendicular to each other and intersect in the geometric center of the sphere, one of the motors is mounted on the inner surface of the sphere and connected by a frame made in the form a quarter of a circle, with a second engine mounted on the free end of the aforementioned frame and equipped with a similar frame connected to its shaft (see 1. RF patent for the invention No. 2315686,
Известен также 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 (см. 2. Патент РФ на полезную модель №106215, М. кл. B62D 57/00, опубл. 10.07.2011 г.).A robot ball is also known, consisting of a housing made in the form of a hollow ball, containing an inner frame connected to the housing by a hinge, mounted on the inner frame of the first electric drive, the shaft of which is connected to the housing, also a second electric drive is fixed on the frame, at both ends of the through shaft which is fixed off-balance sheet (see 2. RF patent for utility model No. 106215, M. class. B62D 57/00, publ. 07/10/2011).
Однако используемые в обоих вышеприведенных аналогах кинематические схемы снижают быстродействие, не позволяя осуществлять все многообразие возможных направлений и траекторий движения, а также двигаться в любом заданном направлении без дополнительных (предварительных) перемещений подвижных масс внутри сферической оболочки.However, the kinematic schemes used in both of the above analogues reduce speed, not allowing the entire variety of possible directions and trajectories of movement to be realized, as well as moving in any given direction without additional (preliminary) movements of the moving masses inside the spherical shell.
Известен также и дистанционно управляемый катящийся робот, 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 (см. 3. Патент на изобретение США №6414457, М.кл. А63Н 33/00, B25J 5/00, опубл. 02.07.2002 г.).A remote-controlled rolling robot is also known, containing a hollow sphere having a smooth outer and inner surface, at least two rotors mounted diametrically inside the sphere so that the geometric axes of the rotors intersect in the geometric center of the sphere; gears connecting diametrically opposite rotors, also playing the role of frame elements (see 3. US patent for invention No. 6414457, Mcl. A63H 33/00,
Однако в данном роботе отсутствует автономное управление, и он не обладает необходимой маневренностью, что обусловлено расположением роторов в конструкции, не позволяющим 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.However, in this robot there is no autonomous control, and it does not have the necessary maneuverability, which is due to the location of the rotors in the structure, which does not allow for combining the center of mass of the system with the geometric center of the spherical shell without additional weighting of the robot, which also leads to an increase in the moment of inertia and a decrease in the rate of change speed and direction of movement of the robot.
Наиболее близким к заявляемому устройству (в обоих его вариантах) аналогом по назначению и количеству общих существенных конструктивных признаков (прототипом) является шарообразный робот с приводом маятникового типа («малый танк новой конструкции» или «самодвижущаяся огневая точка», автор проекта - гвардии красноармеец Филлипов А.Н., 1943 г.), содержащий самоходное шасси со сферической оболочкой и несущей рамой, размещенной в оболочке посредством опорно-поддерживающих тел качения, с установленным на раме движителем маятникового типа с использованием пары тяговых элементов, разнесенных влево и вправо на одинаковые расстояния от продольной вертикальной плоскости оболочки и сцепленных с внутренней поверхностью оболочки, дифференциальным реверсивным приводом упомянутых тяговых элементов, противовесом для смещения центра масс, автономным источником энергии, системой управления шасси, в совокупности обеспечивающими омнимобильность робота (см. 4. Юрий Пошалок. WORDLS of TANKS. Стальные шары Сталина. Конструирование и производство. - TACTICAL PRESS, 2014 (ISBN 978-5-906074-10-2). - С. 79 (последний абз.), 80 (схема), 81).The closest to the claimed device (in both its variants) the analogue in purpose and the number of common essential structural features (prototype) is a spherical robot with a pendulum-type drive ("small tank of a new design" or "self-propelled firing point", the author of the project is the Red Army guard Phillipov A.N., 1943), containing a self-propelled chassis with a spherical shell and a supporting frame placed in the shell by means of supporting supporting rolling elements, with a pendulum-type propulsion mounted on the frame using using a pair of traction elements spaced left and right at equal distances from the longitudinal vertical plane of the shell and coupled to the inner surface of the shell, a differential reversible drive of the said traction elements, a counterweight to offset the center of mass, an autonomous energy source, a chassis control system that together ensure the robot’s mobility (see 4. Yuri Poshalkok. WORDLS of TANKS. Steel balls of Stalin. Design and production. - TACTICAL PRESS, 2014 (ISBN 978-5-906074-10-2). - S. 79 (last paragraph), 80 (diagram), 81).
В данном роботе привод тяговых элементов выполнен зависимым, общим - с распределением мощности от ДВС и коробки передач через дифференциал автомобильного типа (поз. 4 на схеме) - для каждого тягового элемента, механическим, с соосностью левого и правого тяговых элементов (полуоси поз. 6 на схеме) и несоосностью приводящего его во вращение ДВС с коробкой передач, при этом ось вращения (полуоси поз. 6 на схеме) тяговых элементов расположена горизонтально и поперечно при нижнем расположении тяговых элементов, а ось вращения тел качения совпадает с горизонтальной поперечной осью вращения сферической оболочки (диаметром 1,6 м). Упомянутые тяговые элементы выполнены в виде зубчатых колес, установленных на полуосях (поз. 6 на схеме) после дифференциала и находящихся в зацеплении с зубчатыми венцами на внутренней поверхности сферической оболочки, а опорно-поддерживающие тела качения выполнены в виде подшипников качения (поз. 8 на схеме). Поворот машины предполагался, скорее всего, наклоном рамы (корпуса). Сведения о степени герметичности и плавучести отсутствуют.In this robot, the drive of the traction elements is made dependent, general - with the distribution of power from the internal combustion engine and gearbox through the automobile-type differential (pos. 4 in the diagram) - for each traction element, mechanically, with the alignment of the left and right traction elements (half-axle pos. 6 on the diagram) and the misalignment of the internal combustion engine leading it into rotation with the gearbox, while the axis of rotation (
Однако при всех своих положительных качествах, данный шарообразный робот относительно сложен конструктивно, имеет низкую маневренность (принцип поворота смещением центра тяжести в поперечной плоскости малоэффективен), центральный привод через дифференциал автомобильного типа, связывающий между собой полуоси с бортовыми тяговыми элементами, не допускает независимого управления скоростями вращения левого и правого тяговых элементов, зубчатые тяговые элементы создают повышенные шумы и вибрации, низок уровень использования принципов унификации и взаимозаменяемости составных частей устройства.However, for all its positive qualities, this spherical robot is relatively structurally complex, has low maneuverability (the principle of rotation by shifting the center of gravity in the transverse plane is ineffective), the central drive through the automobile-type differential connecting the axles with the onboard traction elements, does not allow independent speed control rotation of the left and right traction elements, gear traction elements create increased noise and vibration, the level of use of principles is low unification and interchangeability of component parts of the device.
Это обуславливает недостаточно высокие технико-эксплуатационные / тактико-технические характеристики известного устройства-прототипа.This leads to insufficiently high technical and operational / tactical and technical characteristics of the known prototype device.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение технико-эксплуатационных (тактико-технических) характеристик шарообразного робота путем упрощения конструкции, обеспечения унификации и взаимозаменяемости составных частей устройства, повышения его управляемости, снижения шума и вибраций при его работе, а также адаптации системы управления шасси к опыту вождения гусеничных и колесных машин с бортовой схемой поворота.The technical result of the claimed invention is to increase the technical and operational (tactical) characteristics of a spherical robot by simplifying the design, ensuring unification and interchangeability of the components of the device, increasing its controllability, reducing noise and vibration during its operation, as well as adapting the chassis control system to driving experience tracked and wheeled vehicles with an on-board steering scheme.
Достижение указанного результата обеспечивается двумя вариантами конструкции шарообразного робота с приводом маятникового типа, реализующими общий изобретательский замысел.The achievement of this result is provided by two design options for a spherical robot with a pendulum-type drive that implement the general inventive concept.
По первому варианту шарообразный робот содержит самоходное шасси со сферической оболочкой и несущей рамой, размещенной в оболочке посредством опорно-поддерживающих тел качения, установленный на раме движитель маятникового типа с использованием пары тяговых элементов, разнесенных влево и вправо на одинаковые расстояния от продольной вертикальной плоскости оболочки и сцепленных с внутренней поверхностью оболочки, дифференциальный реверсивный привод упомянутых тяговых элементов маятникового типа, противовес для смещения центра масс, автономный источник энергии, систему управления шасси, и отличается тем, что привод тяговых элементов выполнен электромеханическим, независимым и индивидуальным для каждого тягового элемента, и состоит из пары одинаковых моноблоков с электродвигателями, при этом в каждом моноблоке тяговый элемент и приводящий его во вращение электродвигатель соосны, при этом оси тяговых элементов расположены вертикально при нижнем расположении тяговых элементов, а опорно-поддерживающие тела качения установлены вверху шасси на их общей оси, которая расположена горизонтально и поперечно.According to the first embodiment, the spherical robot contains a self-propelled chassis with a spherical shell and a supporting frame placed in the shell by means of supporting supporting rolling elements, a pendulum-type propulsion mounted on the frame using a pair of traction elements spaced left and right at equal distances from the longitudinal vertical plane of the shell and coupled to the inner surface of the shell, differential reversible drive of the said traction elements of the pendulum type, a counterweight to offset the center of mass , an autonomous source of energy, the chassis control system, and is characterized in that the drive of the traction elements is electromechanical, independent and individual for each traction element, and consists of a pair of identical monoblocks with electric motors, while in each monoblock the traction element and the electric motor driving it into rotation coaxial, while the axles of the traction elements are located vertically at the lower location of the traction elements, and the supporting supporting rolling elements are installed at the top of the chassis on their common axis, which p positioned horizontally and transversely.
При этом для упрощения устройства, повышения его быстродействия и снижения шума при его работе упомянутые опорно-поддерживающие тела качения и тяговые элементы могут быть выполнены в виде роликов, установленных на упомянутых горизонтальной и двух вертикальных осях соответственно, с пружинным поджатием к внутренней поверхности сферической оболочки, обеспечивающим их упругое фрикционное сцепление с оболочкой.Moreover, to simplify the device, increase its speed and reduce noise during its operation, the aforementioned supporting-supporting rolling bodies and traction elements can be made in the form of rollers mounted on the said horizontal and two vertical axes, respectively, with spring compression to the inner surface of the spherical shell, providing their elastic frictional adhesion to the shell.
Для повышения унификации устройства при его использовании горизонтальная ось с опорно-поддерживающими телами качения может быть установлена с возможностью ступенчатой регулировки по высоте, по меньшей мере, с двумя фиксированными положениями под сменные сферические оболочки с двумя различными диаметрами.To increase the unification of the device when using it, the horizontal axis with supporting-supporting rolling elements can be installed with the possibility of stepwise height adjustment with at least two fixed positions for interchangeable spherical shells with two different diameters.
Для облегчения обеспечения возможности эксплуатации робота в условиях водной среды (обеспечение положительной плавучести и гидроизоляции внутреннего оборудования от забортной воды) и при наличии различных загрязняющих факторов - радиации, инородной атмосферы и т.д. сферическая оболочка может быть выполнена герметичной.To make it easier to operate the robot in an aqueous environment (ensuring positive buoyancy and waterproofing of indoor equipment from outside water) and in the presence of various polluting factors - radiation, a foreign atmosphere, etc. spherical shell can be made airtight.
По второму варианту шарообразный робот содержит самоходное шасси со сферической оболочкой и несущей рамой, размещенной в оболочке посредством опорно-поддерживающих тел качения, установленный на раме движитель маятникового типа с использованием пары тяговых элементов, разнесенных влево и вправо на одинаковые расстояния от продольной вертикальной плоскости оболочки и сцепленных с внутренней поверхностью оболочки, дифференциальный реверсивный привод упомянутых тяговых элементов маятникового типа, противовес для смещения центра масс, автономный источник энергии, систему управления шасси, и отличается тем, что привод тяговых элементов выполнен электромеханическим, независимым и индивидуальным для каждого тягового элемента, и состоит из пары одинаковых моноблоков с электродвигателями, при этом в каждом моноблоке тяговый элемент, приводящий его во вращение электродвигатель и опорно-поддерживающее тело качения соосны, причем тяговый элемент и опорно-поддерживающее тело качения расположены оппозитно по отношению к электродвигателю, при этом оси тяговых элементов расположены вертикально при нижнем расположении тяговых элементов и верхнем расположении опорно-поддерживающих тел качения.According to the second variant, the spherical robot contains a self-propelled chassis with a spherical shell and a supporting frame placed in the shell by means of supporting supporting rolling elements, a pendulum-type propulsion mounted on the frame using a pair of traction elements spaced left and right at equal distances from the longitudinal vertical plane of the shell and coupled to the inner surface of the shell, differential reversible drive of the said traction elements of the pendulum type, a counterweight to offset the center of mass , an autonomous energy source, a chassis control system, and is characterized in that the drive of the traction elements is made electromechanical, independent and individual for each traction element, and consists of a pair of identical monoblocks with electric motors, while in each monoblock a traction element, which drives it into rotation by an electric motor and the supporting and supporting rolling body are coaxial, and the traction element and supporting and supporting rolling body are located opposite to the electric motor, while the axis of the traction elements laid vertically with the lower arrangement of the traction elements and the upper arrangement of the supporting supporting rolling elements.
При этом для упрощения устройства, повышения его быстродействия и снижения шума при его работе упомянутые опорно-поддерживающие тела качения и тяговые элементы могут быть выполнены в виде роликов, установленных на упомянутых двух вертикальных осях с пружинным поджатием к внутренней поверхности сферической оболочки, обеспечивающим их упругое фрикционное сцепление с оболочкой.Moreover, to simplify the device, increase its speed and reduce noise during its operation, the aforementioned supporting and supporting rolling elements and traction elements can be made in the form of rollers mounted on the two vertical axes with spring compression to the inner surface of the spherical shell, providing their elastic friction grip with the shell.
Для облегчения возможности эксплуатации робота в условиях водной среды (обеспечение положительной плавучести и гидроизоляции внутреннего оборудования от забортной воды) и при наличии различных загрязняющих факторов - радиации, инородной атмосферы и т.д. сферическая оболочка может быть выполнена герметичной.To facilitate the operation of the robot in an aquatic environment (ensuring positive buoyancy and waterproofing of indoor equipment from outside water) and in the presence of various polluting factors - radiation, foreign atmosphere, etc. spherical shell can be made airtight.
Покажем в заявляемом техническом решении причинно-следственную связь между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом, а также необходимость и достаточность отличительных признаков для достижения этого результата.We show in the claimed technical solution a causal relationship between the distinguishing features and the achieved technical result, as well as the necessity and sufficiency of the distinctive features to achieve this result.
Вначале рассмотрим общие для обоих конструктивных вариантов заявляемого устройства отличительные признаки.First, we consider common to both structural variants of the claimed device distinctive features.
Выполнение привода тяговых элементов электромеханическим обеспечивает компактность, бесшумность, низкий уровень вибраций, оптимальную адаптивность к электрическим источникам энергии, автоматическим, полуавтоматическим и дистанционно управляемым системам управления, что вносит вклад в повышение технико-эксплуатационных (тактико-технических) характеристик робота.The drive of the traction elements electromechanical ensures compactness, noiselessness, low vibration, optimal adaptability to electrical energy sources, automatic, semi-automatic and remotely controlled control systems, which contributes to improving the technical and operational (tactical) characteristics of the robot.
Выполнение привода тяговых элементов независимым и индивидуальным - условие и причина обеспечения весьма простого в практической реализации «бортового» способа управления поворотом шасси, что также влияет на повышение технико-эксплуатационных характеристик робота.The drive of the traction elements independent and individual is a condition and the reason for providing a very simple in practical implementation of the "on-board" way of controlling the rotation of the chassis, which also affects the increase of technical and operational characteristics of the robot.
Выполнение привода тяговых элементов состоящим из пары моноблоков с соосностью тягового элемента и приводящего его во вращение электродвигателя обеспечивает простоту кинематической схемы и компактность конструкции изделия, удобство и оперативность монтажно-демонтажных работ, а также снижение шума и вибраций при работе привода(ов), и как результат - повышение технико-эксплуатационных (тактико-технических) характеристик шарообразного робота.The drive traction elements consisting of a pair of monoblocks with the alignment of the traction element and bringing it into rotation of the electric motor ensures the simplicity of the kinematic scheme and compact design of the product, the convenience and efficiency of installation and dismantling, as well as reducing noise and vibration during operation of the drive (s), and how the result is an increase in the technical and operational (tactical and technical) characteristics of a spherical robot.
Выполнение пары упомянутых моноблоков одинаковыми реализует принцип унификации и взаимозаменяемости элементов устройства, что также приводит к упрощению устройства и снижению его стоимости.The implementation of a pair of the mentioned monoblocks the same implements the principle of unification and interchangeability of the elements of the device, which also leads to a simplification of the device and reduce its cost.
Поясним влияние различий между двумя заявляемыми вариантами устройства на достигаемый технический результат при едином изобретательском замысле.Let us explain the effect of differences between the two claimed variants of the device on the achieved technical result with a single inventive concept.
В первом варианте - опорно-поддерживающие тела качения установлены вверху шасси на их общей оси, которая расположена горизонтально и поперечно.In the first version, the supporting-supporting rolling bodies are installed at the top of the chassis on their common axis, which is horizontal and transverse.
Это не только оптимизирует компоновку шасси и робота в целом, но и выгодно распределяет активные силы, моменты сил и их реакции в 3D-пространстве, а значит - повышает технико-эксплуатационные (тактико-технические) характеристики шарообразного робота.This not only optimizes the layout of the chassis and the robot as a whole, but also favorably distributes the active forces, moments of forces and their reactions in 3D space, which means it improves the technical and operational (tactical) characteristics of a spherical robot.
В сочетании с дополнительным признаком «с возможностью регулировки высоты горизонтальной оси» и, соответственно, с возможностью регулирования высоты установки опорно-поддерживающих тел (роликов) в широких пределах с целью применения сменных оболочек разного диаметра (например, 240 и 300 мм) - отличает первый вариант от второго.In combination with the additional feature “with the possibility of adjusting the height of the horizontal axis” and, accordingly, with the possibility of adjusting the installation height of supporting support bodies (rollers) over a wide range with the aim of using interchangeable shells of different diameters (for example, 240 and 300 mm), the first option from the second.
Во втором варианте - опорно-поддерживающее тело качения соосно тяговому элементу и электродвигателю; тяговый элемент и опорно-поддерживающее тело качения расположены оппозитно по отношению к электродвигателю; оси тяговых элементов расположены вертикально при верхнем расположении опорно-поддерживающих тел качения.In the second embodiment, the supporting-supporting rolling body is coaxial with the traction element and the electric motor; the traction element and the supporting-supporting rolling body are located opposite to the electric motor; the axes of the traction elements are located vertically at the upper location of the supporting-supporting rolling elements.
Соосность опорно-поддерживающего тела качения тяговому элементу и электродвигателю, в сочетании с расположением тягового элемента и опорно-поддерживающего тела качения (в отношении каждого из двух приводных блоков - левого и правого) оппозитно по отношению к электродвигателю, обуславливает, в отличие от первого варианта (что не умаляет достоинств и практической целесообразности использования первого варианта), лучшую балансировку привода маятникового типа, несколько большую конструктивную простоту рамы и монтажно-демонтажных работ.The alignment of the supporting and supporting rolling body to the traction element and the electric motor, in combination with the location of the traction element and the supporting and supporting rolling body (in relation to each of the two drive units - left and right), is opposite to the electric motor, which, unlike the first option ( which does not detract from the merits and practical feasibility of using the first option), better balancing of the pendulum-type drive, somewhat greater structural simplicity of the frame and installation and dismantling work.
Расположение осей тяговых элементов вертикально при верхнем расположении опорно-поддерживающих тел качения - неизбежная особенность второго конструктивного варианта, связанная с предыдущими двумя признаками (соосность опорно-поддерживающего тела качения тяговому элементу и электродвигателю, в сочетании с оппозитным расположением тягового элемента и опорно-поддерживающего тела качения).The arrangement of the axes of the traction elements vertically with the upper arrangement of the supporting support rolling elements is an inevitable feature of the second design variant associated with the previous two features (alignment of the supporting supporting rolling body of the traction element and electric motor, in combination with the opposite arrangement of the traction element and supporting supporting rolling body )
Вместе с тем, обоими конструктивными вариантами решается общая поставленная задача и достигается, соответственно, общий технический результат, что дает основание говорить о едином изобретательском замысле.At the same time, with both constructive options, the overall task is solved and, accordingly, the overall technical result is achieved, which gives reason to talk about a single inventive concept.
Заявляемые изобретения поясняются чертежами, где на фиг. 1 показано устройство по первому варианту, вид спереди в разрезе (сферическая оболочка условно показана окружностью), где l - смещение тяговых роликов от продольной вертикальной плоскости оболочки робота; t - шаг перестановки оси опорно-поддерживающих тел качения (роликов) по высоте;The claimed inventions are illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a device according to the first embodiment, a front view in section (a spherical shell is conventionally shown by a circle), where l is the displacement of the traction rollers from the longitudinal vertical plane of the robot shell; t is the step of rearranging the axis of the supporting supporting rolling elements (rollers) in height;
на фиг. 2 - вид сбоку устройства по первому варианту;in FIG. 2 is a side view of the device according to the first embodiment;
на фиг. 3 - вид сверху (в плане) устройства по первому варианту;in FIG. 3 is a top view (in plan) of the device according to the first embodiment;
на фиг. 4 показано устройство по второму варианту, вид спереди в разрезе по сферической оболочке;in FIG. 4 shows a device according to the second embodiment, a front view in section along a spherical shell;
на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4.in FIG. 5 is a section AA in FIG. four.
Шарообразный робот по первому варианту с приводом маятникового типа (см. фиг. 1-3) содержит самоходное шасси со сферической оболочкой 1 (см. фиг. 1, с условно нулевой толщиной, на фиг. 2, 3 не показана) и несущей рамой 2, размещенной в оболочке 1 посредством опорно-поддерживающих тел 3 и 4 качения. На раме 2 установлен движитель маятникового типа с использованием пары тяговых элементов 5, 6, разнесенных влево (правый элемент 5 на виде спереди - см. фиг. 1) и вправо (левый элемент 6 - см. там же) на одинаковые расстояния / (см. фиг. 1) от продольной вертикальной плоскости оболочки 1 и сцепленных с внутренней поверхностью оболочки 1.The spherical robot according to the first embodiment with a pendulum-type drive (see Fig. 1-3) contains a self-propelled chassis with a spherical shell 1 (see Fig. 1, with a conditionally zero thickness, not shown in Figs. 2, 3) and a supporting
В составе шасси робота имеются: дифференциальный реверсивный привод тяговых элементов 5, 6 (обеспечивающий возможность вращения элементов 5, 6 как с одинаковыми, так и неодинаковыми угловыми скоростями); противовес 7 для смещения центра масс робота; автономный источник 8 энергии (электроэнергии) (как правило, электрическая аккумуляторная батарея, при этом возможно совмещение функций батареи 8 и противовеса 7 в одном блоке - см. фиг. 1) и система управления шасси (размещена на верхней части рамы 2, не показана). Перечисленные составляющие шасси в совокупности обеспечивают омнимобильность шасси и робота в целом (то есть возможность перемещаться в любом направлении по азимуту с места, равно как и поворот или вращение на месте). Следует отметить: поскольку источник 8 и система управления призваны обслуживать не только шасси, но и «полезную нагрузку», то есть робота в целом, то в общем случае источник 8 и систему управления правильнее относить к роботу в целом.The robot chassis includes: differential reversible drive of
Может быть предусмотрено и другое бортовое оборудование шасси и робота в целом: например, техническое зрение, солнечная батарея в качестве дополнительного источника энергии и т.д.Other on-board equipment of the chassis and the robot as a whole can be provided: for example, technical vision, a solar battery as an additional energy source, etc.
Привод тяговых элементов 5, 6 выполнен электромеханическим, индивидуальным и независимым для каждого из них и состоит из пары одинаковых моноблоков 9, 10 с электродвигателями 11, 12 (в общем случае - электродвигатели 11, 12 с редукторами 13, 14 соответственно), с соосностью (оси 15, 16 соответственно) каждого из тяговых элементов 5, 6 и приводящего его во вращение электродвигателя 11, 12 (через редуктор 13, 14 при их наличии). Иными словами, в моноблоке 9 ось электродвигателя 11, ось редуктора 13 (при его наличии) и ось тягового элемента 5 совпадают, сливаясь в одну общую продольную ось 15 моноблока 9. Аналогично: в моноблоке 10 ось электродвигателя 12, ось редуктора 14 (при его наличии) и ось тягового элемента 6 совпадают, сливаясь в одну общую продольную ось 16 моноблока 10.The drive of the
Оси 15 и 16 расположены вертикально (как и показано на чертежах) при нижнем расположении тяговых элементов 5, 6.
Опорно-поддерживающие тела 3, 4 качения установлены, напротив, вверху шасси на их общей оси 17, которая расположена горизонтально и поперечно.The supporting and supporting
В частных случаях выполнения первый вариант устройства характеризуется следующими дополнительными конструктивными признаками.In private cases, the first embodiment of the device is characterized by the following additional structural features.
Опорно-поддерживающие тела качения 3, 4 и тяговые элементы 5, 6 выполнены в виде роликов (с сохранением указанных позиций на чертежах и в описании), установленных, соответственно, на горизонтальной оси 17 и двух вертикальных осях 15, 16, с пружинным поджатием (пружина 18 - см. фиг. 1, 3) к внутренней поверхности сферической оболочки 1, обеспечивающим их (прежде всего роликов 5, 6) упругое фрикционное сцепление с оболочкой 1.The supporting and supporting
Горизонтальная ось 17 с опорно-поддерживающими телами качения (роликами) 3, 4 установлена с возможностью ступенчатой (на шаг t) регулировки по высоте, по меньшей мере, с двумя фиксированными положениями под сменные сферические оболочки 1 с двумя различными диаметрами, в частности, например, 240 и 300 мм соответственно. Практически это может быть реализовано, например, введением в конструкцию шасси перфорированных стоек 19, 20 (см. фиг. 1, 2), с организацией мест крепления оси 17 в точках 21 и 22 соответственно.The
Сферическая оболочка 1 выполнена герметичной.The
При герметичности оболочки 1, существенно облегчается обеспечение всем комплексом известных конструкторских мероприятий (подбор плотностей и объемов составных частей робота, плотности его компоновки и т.д.) положительной плавучести и гидроизоляции внутреннего оборудования робота в пресной или морской воде.With the tightness of the
Выполнение робота с положительной плавучестью - предпочтительно.Running a robot with positive buoyancy is preferred.
Устройство по первому варианту работает следующим образом.The device according to the first embodiment works as follows.
При подаче питания от источника 8 электроэнергии на электродвигатели 13, 14 тяговые ролики 5, 6 приводятся во вращение и за счет сцепления передают его сферической оболочке 1. Вследствие этого последняя начинает катиться по опорной поверхности (не показана). Направления и скорости вращения тяговых роликов 5, 6 определяют характер движения шасси и робота в целом.When power is supplied from the
Так, при вращении роликов 5 и 6 во встречном направлении с одинаковыми скоростями происходит прямолинейное движение робота вперед или назад, в зависимости от направления вращения.So, when the
Во всех остальных случаях происходит движение робота по криволинейной траектории с некоторым радиусом кривизны, который определяется направлениями и угловыми скоростями вращения тяговых роликов 5, 6.In all other cases, the robot moves along a curved path with a certain radius of curvature, which is determined by the directions and angular speeds of rotation of the
Опорно-поддерживающие ролики 3, 4 выполняют функции в соответствии с их названием: с одной стороны, совместно с тяговыми роликами 5, 6 обеспечивают поддержку рамы 2 относительно сферической оболочки 1, а с другой стороны - во-первых, поджимают тяговые ролики 5, 6 к оболочке 1 и, во-вторых, компенсируют неровности оболочки 1.Supporting
Ось 17 может быть поднята вверх путем перестановки мест 21, 22 ее крепления на стойках 19, 20 в случае замены сферической оболочки на аналогичную большего диаметра (в данном примере - оболочку диаметром 240 мм на оболочку диаметром 300 мм), разумеется, с возможностью обратной операции.The
Шарообразный робот по второму варианту с приводом маятникового типа (см. фиг. 4, 5) содержит самоходное шасси со сферической оболочкой 1 и несущей рамой 2, размещенной в оболочке 1 посредством опорно-поддерживающих тел качения 3, 4. На раме 2 установлен движитель маятникового типа с использованием пары тяговых элементов 5, 6, разнесенных влево (правый элемент 5 на виде спереди - см. фиг. 4) и вправо (левый элемент 6 - см. там же) на одинаковые расстояния / (см. фиг. 4) от продольной вертикальной плоскости оболочки 1 и сцепленных с внутренней поверхностью оболочки 1.The spherical robot according to the second embodiment with a pendulum-type drive (see Fig. 4, 5) contains a self-propelled chassis with a
В составе шасси робота имеются: дифференциальный реверсивный привод тяговых элементов 5, 6 (обеспечивающий возможность вращения элементов 5, 6 как с одинаковыми, так и неодинаковыми угловыми скоростями); противовес 7 для смещения центра масс робота; автономный источник 8 энергии (как правило, электрическая аккумуляторная батарея) и система управления шасси (размещена на верхней части рамы 2, не показана). Перечисленные составляющие шасси в совокупности обеспечивают омнимобильность шасси и робота в целом (то есть возможность перемещаться в любом направлении по азимуту с места, равно как и поворот или вращение на месте).The robot chassis includes: differential reversible drive of
Может быть предусмотрено и другое бортовое оборудование шасси и робота в целом: например, техническое зрение, солнечная батарея в качестве дополнительного источника энергии и т.д.Other on-board equipment of the chassis and the robot as a whole can be provided: for example, technical vision, a solar battery as an additional energy source, etc.
Привод тяговых элементов 5, 6 выполнен электромеханическим, индивидуальным и независимым для каждого тягового элемента 5, 6 и состоит из пары одинаковых моноблоков 9, 10 с электродвигателями 11, 12 (в общем случае - электродвигателями 11, 12 с редукторами 13, 14 соответственно), с соосностью (оси 15, 16 соответственно) каждого из тяговых элементов 5, 6, и приводящего их во вращение электродвигателей 11, 12 (через редукторы 13, 14) и опорно-поддерживающего тела 3, 4 качения. То есть каждый тяговый элемент 5, 6 и каждое опорно-поддерживающее тело 3, 4 качения расположены оппозитно по отношению к соответствующему электродвигателю 11 или 12 (с редуктором 13 или 14 при их наличии). При этом оси 15 и 16 расположены вертикально (как и показано на чертежах) при нижнем расположении тяговых элементов 5, 6.The drive of the
В частных случаях выполнения второго варианта устройство характеризуется следующими дополнительными конструктивными признаками.In particular cases of the second embodiment, the device is characterized by the following additional structural features.
Опорно-поддерживающие тела качения 3, 4 и тяговые элементы 5, 6 выполнены в виде роликов (с сохранением указанных позиций на чертежах и в описании), установленных, на вертикальных осях 15, 16, с пружинным поджатием (пружина 23 - см. фиг. 5) к внутренней поверхности сферической оболочки 1, обеспечивающим их (прежде всего роликов 5, 6) упругое фрикционное сцепление с последней.The supporting and supporting
Сферическая оболочка 1 выполнена герметичной.The
При герметичности оболочки 1 существенно облегчается обеспечение всем комплексом известных конструкторских мероприятий (подбор плотностей и объемов составных частей робота, плотности его компоновки и т.д.) положительной плавучести и гидроизоляции внутреннего оборудования робота в пресной или морской воде.With the tightness of the
Выполнение робота с положительной плавучестью - предпочтительно.Running a robot with positive buoyancy is preferred.
При герметичности оболочки 1, робот обладает положительной плавучестью и гидроизоляцией внутреннего оборудования в пресной или морской воде.With the tightness of the
Заявленный второй вариант устройства работает аналогично первому варианту. Отличие заключается в ином распределении составляющих сил реакции на роликах 3, 4, что обусловлено иной их ориентацией.The claimed second variant of the device works similarly to the first variant. The difference lies in a different distribution of the component reaction forces on the
Выбор конкретного варианта из предложенных при использовании изобретения зависит от спектра тактико-технических и экономических требований и производится в каждом конкретном случае.The choice of a specific option from those proposed when using the invention depends on the spectrum of tactical, technical and economic requirements and is made in each case.
Ниже приведены примеры выполнения основных элементов (покупных изделий) по первому и второму вариантам заявляемого устройства (эти элементы одинаковы для обоих вариантов, а отличие второго варианта от первого заключается не в использовании каких-либо других покупных изделий, а в оригинальных элементах и их взаимном расположении, т.е. компоновке).Below are examples of the implementation of the main elements (purchased products) for the first and second variants of the inventive device (these elements are the same for both options, and the difference between the second option and the first is not to use any other purchased products, but in the original elements and their relative position i.e. layout).
В составе силовых приводов могут быть использованы сборки Maxon (см. Каталог фирмы Maxon 2011-2012 гг., с. 134, 227, 262), в которые входят: двигатель RE-max 29 (226802); редуктор GP26B (144026 или 144037); Энкодер MR (225773).As part of the power drives, Maxon assemblies can be used (see Maxon Catalog 2011-2012, p. 134, 227, 262), which include: RE-max 29 engine (226802); GP26B gearbox (144026 or 144037); Encoder MR (225773).
Автономный источник энергии может быть выполнен на базе аккумулятора DJW12-2.3 (12V2. 3АН) LEOCH ВATTERY СО, LTD.An autonomous energy source can be made on the basis of the battery DJW12-2.3 (12V2. 3AN) LEOCH BATTERY CO. LTD.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152458A RU2658683C1 (en) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | Spherical robotic (options) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152458A RU2658683C1 (en) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | Spherical robotic (options) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2658683C1 true RU2658683C1 (en) | 2018-06-22 |
Family
ID=62713537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016152458A RU2658683C1 (en) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | Spherical robotic (options) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2658683C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110844032A (en) * | 2019-11-19 | 2020-02-28 | 贵州电网有限责任公司 | Spherical water sports device with adjustable center of gravity of floating center |
| RU2783322C1 (en) * | 2022-05-26 | 2022-11-11 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Ордена Жукова Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Autonomous universal spherical delivery robot |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07285475A (en) * | 1994-04-20 | 1995-10-31 | Sony Corp | Method for driving spherical shell rotated and running device using spherical shell |
| RU2315686C2 (en) * | 2005-08-05 | 2008-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет "СТАНКИН " | Robot-ball |
| RU106215U1 (en) * | 2011-02-15 | 2011-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | ROBOT BALL |
| RU2600043C2 (en) * | 2014-08-29 | 2016-10-20 | Государственное научное учреждение "Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси" | Robot ball |
| RU167129U1 (en) * | 2016-04-22 | 2016-12-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | COMBINED SPHERAL WORK |
-
2016
- 2016-12-28 RU RU2016152458A patent/RU2658683C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07285475A (en) * | 1994-04-20 | 1995-10-31 | Sony Corp | Method for driving spherical shell rotated and running device using spherical shell |
| RU2315686C2 (en) * | 2005-08-05 | 2008-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет "СТАНКИН " | Robot-ball |
| RU106215U1 (en) * | 2011-02-15 | 2011-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | ROBOT BALL |
| RU2600043C2 (en) * | 2014-08-29 | 2016-10-20 | Государственное научное учреждение "Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси" | Robot ball |
| RU167129U1 (en) * | 2016-04-22 | 2016-12-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | COMBINED SPHERAL WORK |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110844032A (en) * | 2019-11-19 | 2020-02-28 | 贵州电网有限责任公司 | Spherical water sports device with adjustable center of gravity of floating center |
| CN110844032B (en) * | 2019-11-19 | 2023-10-27 | 贵州电网有限责任公司 | Spherical water sports device with adjustable center of gravity of floating center |
| RU2783322C1 (en) * | 2022-05-26 | 2022-11-11 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Ордена Жукова Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Autonomous universal spherical delivery robot |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107128389B (en) | Curved surface self-adaptive magnetic adsorption wall-climbing paint spraying robot | |
| JP2021119075A (en) | Hinged vehicle chassis | |
| US8030873B2 (en) | Walk and roll robot | |
| EP2707863B1 (en) | Trackless dark ride vehicle, system, and method | |
| RU149882U1 (en) | SPHERE WORK | |
| US9457647B2 (en) | Low gravity all-surface vehicle | |
| CN105416428A (en) | Spherical robot with in-situ rotation function carried with control moment gyro | |
| CN101954844B (en) | Triphibian omnibearing moving mechanism | |
| CN110920334B (en) | Foot paddle-wing hybrid drive type amphibious operation bionic robot and movement method | |
| CN106091814A (en) | Projectile robot of a kind of Mecanum wheel omnidirectional | |
| CN104925159A (en) | Reconnaissance type obstacle-surmounting machine snake | |
| CN109436090A (en) | A kind of novel Omni-mobile platform | |
| CN209336405U (en) | A kind of full Terrain Elevation active lifting formula omnidirectional driving wheel mechanism | |
| CN100554067C (en) | Three-drive spherical robot | |
| RU2658683C1 (en) | Spherical robotic (options) | |
| CN104724269A (en) | Space engine-driven tail swing propelling plant | |
| CN209274718U (en) | The full circle swinging mobile chassis that four motorized wheels turn to | |
| US8944448B2 (en) | Trochoid drive system and moving body | |
| CN111288853B (en) | Intelligent target car of all-terrain autonomous movement | |
| CN209274755U (en) | A kind of robot full landform and omnidirectional type driving wheel structure | |
| RU2600043C2 (en) | Robot ball | |
| CN111469617A (en) | Unmanned plane | |
| CN207417002U (en) | A kind of motor cycle type robot | |
| RU2001121689A (en) | Landing vehicle | |
| CN115071921A (en) | Ship in-service detection floating wall climbing mechanism |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210609 Effective date: 20210609 |