CZ307386B6 - Modul pohonu a řízení robotických kolových vozidel - Google Patents

Abstract

Modul sestává z kola s pohonem a řízením zavěšeného na korbu vozidla. Každé kolo (2) s nábojem (10) je ve své ose spojeno s těhlicí (5), kardanovým hřídelem (9) přes přírubu (8) s planetovou převodovkou (7) spojenou s elektromotorem (6) opatřeným na svém čele snímačem otáček (21) elektromotoru. Na těhlici (5) jsou připevněny protilehle, jednak pomocí kulového kloubu (14) horního ramena horní rameno (3), jež je pomocí čepu (12) uchycení horního ramena připevněné ke korbě (1) vozidla, a jednak pomocí kulového kloubu (15) spodního ramena spodní rameno (4), jež je pomocí čepu (13) uchycení spodního ramena připevněné ke korbě (1) vozidla. Kulové klouby (14) horního ramena a (15) spodního ramena a kulový čep (18) řízení umístěný na konci tyče (16) řízení a připevněný k těhlici (5) jsou umístěny v jedné rovině tvořené těmito třemi body, která je kolmá na osu kola (2). K hornímu ramenu (3) je připevněn hydraulický tlumič (19) a vinutá pružina (20), svými opačnými konci připevněné ke korbě (1), k níž jsou rovněž připevněny elektrické aktuátory (11) spojené pomocí tyče (16) řízení, kloubu (17) a kulového čepu (18) řízení s těhlicí (5).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká modulu pohonu a řízení robotických kolových vozidel používaných jako dálkově řízených prostředků v náročném terénu, které osazeny širokou škálou senzorických a zbraňových komponentů, robotickou rukou, komunikačními podsystémy, logistickou nástavbou apod. je možné využít k přímé podpoře bojové a logistické činnosti mechanizovaných, průzkumných a speciálních jednotek.

Dosavadní stav techniky

V současné době se neustále zvyšuje poptávka po robotických vozidlech, a to jak pro vojenské účely, tak pro civilní potřebu. V samotném počátku šlo o používání malých robotů a různých manipulačních robotů, kteří plnili různé speciální úkoly. V civilním sektoru šlo o různá robotická vozítka vybavená robotickými pažemi pro manipulaci s různými objekty. Při vojenském využití šlo například o přepravní robotická vozidla zajišťující průzkumné činnosti, přepravu potřebného materiálu, po případě i osob.

Ke dnešnímu dni existuje velké množství robotických vozidel různých konstrukcí, velikostí, hmotností, pohonu a použití. Jde o robotická vozidla velmi lehká, lehká, středně těžká, těžká a velmi těžká.

V civilním sektoru jde o robotická vozidla využívaná pro různé specifické činnosti. V oblasti zemědělství jsou využívána na příklad pro různé zemní práce, pro mechanizaci různých činností, při průzkumu v těžko přístupných místech a podobně. U civilních robotických vozidel se zpravidla neklade důraz na průjezdnost terénem z důvodů použití těchto vozidel na nepříliš členitých plochách.

To však neplatí pro využití robotických vozidel při bojové činnosti. Tam jde obyčejně o velmi členité a náročné terény, kde požadavek na pohon a řízení robotického vozidla je zásadní a závisí na typu vozidla.

U průzkumných robotických vozidel je kladen důraz na tichý chod motoru, malou velikost, malou hmotnost, dobrou průjezdnost a výstupnost.

U manipulačních robotických vozidel je požadována velká stabilita, silná manévrovatelnost a silná konstrukce.

Pro přepravní robotická vozidla je důležitá velká užitečná hmotnost, průjezdnost a autonomní režim pohybu.

Ozbrojené typy robotických vozidel vyžadují dostatečnou rychlost, odolnost a schopnost samostatně reagovat.

U ženijních typů robotických vozidel je zase důležitá odolnost a snadná opravitelnost.

Pokud jde o typy pohonů a řízení používaných u pozemních kolových robotických vozidel, používají se v současné době následující typy:

1) Pohon pomocí spalovacího, či zážehového motoru, řízení z centrálního místa vozidla. Tento pohon má u autonomních kolových vozidel zastoupení především u těžkých typů vozidel. Hnací soustavu pro přenos kroutícího momentu od motoru na kola vozidla tvoří: motor, spojka,

- 1 CZ 307386 B6 převodovka a rozvodovka a hnací hřídele pohánějící blízkou nápravu. U vozidel s náhonem na vzdálenou nápravu je rozvodovka umístěna u hnané nápravy a je spojena s převodovkou kardanovým hřídelem. Řízení je uskutečňováno pomocí tyčí, táhel a převodovek řízení z centrálního místa vozidla. Přenos kroutícího momentu na kola vozidla a řízení vozidla jsou realizovány mechanickou cestou. Nevýhodou tohoto typuje skutečnost, že pohon a řízení vozidla netvoří samostatný modul pro pohon a řízení jednotlivých kol vozidla, nemožnost realizace různých otáček u kol, nebo směru jejich otáčení ve stejném čase a nepojízdnost vozidla při poruše centrálního motoru, nebo členu na přenosové trase kroutícího momentu od motoru na kola.

2) Pohon pomocí elektromotoru, řízení z centrálního místa vozidla. Tato varianta pohonu a řízení má zastoupení především u středních a menších typů vozidel. Hnací soustavu pro přenos kroutícího momentu od elektromotoru na kola vozidla tvoří: elektromotor, spojka, převodovka a rozvodovka a hnací hřídele pohánějící blízkou nápravu. Zdrojem elektrické energie jsou akumulátory. Řízení je uskutečňováno pomocí tyčí, táhel a převodovek řízení z jednoho místa vozidla. Přenos kroutícího momentu na kola, řízení vozidla a nevýhody tohoto typu jsou shodné jako u předchozího typu.

3) Hybridní pohon vozidla, řízení z centrálního místa vozidla. Zastoupení tohoto typu převládá u středních a menších typů vozidel. K hybridním pohonům vozidla patří dva způsoby pohonu. První způsob vzniká pomocí kombinace spalovacího motoru s elektromotorem a akumulátorem a je realizován tak, kdy mezi spalovací motor a elektromotor je vřazena jedna spojka a mezi elektromotor a převodovku, druhá spojka. Při jízdě na elektrickou energii z akumulátorů je vozidlo poháněno elektromotorem při rozpojené spojce mezi spalovacím motorem a elektromotorem. Pokud se vozidlo pohybuje pomocí spalovacího motoru, jsou sepnuté obě spojky a elektromotor pracuje jako generátor stejnosměrného proudu a dobíjí akumulátory. Druhý způsob hybridního pohonu je realizován tak, že spalovací motor a elektromotor jsou dva samostatně pracující zdroje kroutícího momentu a k soustavě pro pohon kol je připojen spojkou vždy jen jeden z nich. Přenos kroutícího momentu na kola je přenášen shodnou soustavou jako u předešlých dvou typů. Také nevýhody jsou shodné jako u předešlých dvou typů.

4) Hydraulický pohon vozidla, řízení z centrálního místa vozidla. Opět zastoupení především u středních a menších typů vozidel. Hnací soustavu pro přenos kroutícího momentu od motoru na kola vozidla tvoří: motor, hydrogenerátor, hydromotory u každé nápravy, nebo hydromotory u každého kola a hydraulická soustava pro přenos potřebného množství a tlaku hydraulického oleje z hydrogenerátoru na hydromotor, či hydromotory. Řízení je uskutečňováno pomocí tyčí, táhel a převodek řízení z centrálního místa vozidla, nebo pomocí hydraulických přímočarých motorů a případně táhel u každé nápravy, či kola. Přenos kroutícího momentu na kola vozidla je realizován hydraulickou cestou a řízení vozidla je realizováno mechanickou, nebo hydraulickou cestou. Nevýhodou je, že pohon a řízení vozidla netvoří samostatný modul pro pohon a řízení jednotlivých kol vozidla, nepojízdnost vozidla při poruše systému a potenciální netěsnost hydraulické soustavy.

5) Pohon pomocí elektromotoru v kolech vozidla, řízení jednotlivých kol vozidla. Zpravidla bývá realizován u menších typů vozidel. Hnací soustava se skládá z odpovídajícího počtu elektromotorů dle počtu hnaných kol a akumulátorů, jako zdroje elektrické energie. Elektromotory jsou umístěny přímo v kolech vozidla. Řízení každého kola je zpravidla uskutečňováno pomocí elektrických aktuátorů, umístěných v korbě vozidla a řídicích tyčí, či táhel. Nevýhodou jsou zvýšené neodpružené hmoty sestavy kola, snížená odolnost proti účinkům vnějšího prostředí a nekompaktnost pohonu a řízení.

Z výše uvedeného je jednoznačně patrné, že největší důraz je kladen na kompaktnost pohonu a řízení a určitém modulovém, stavebnicovém provedení robotického vozidla, aby bylo možné rychle a spolehlivě sestavovat jednotlivé typy podle potřeby. V současné době takové provedení neexistuje. Každý výrobce konstruuje speciální robotická vozidla, která jsou složitá, drahá a určená jen pro jedno konkrétní provedení.

-2CZ 307386 B6

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míiy odstraňuje modul pohonu a řízení robotických kolových vozidel podle vynálezu sestávající z kola s pohonem a řízením, zavěšeného na korbu vozidla, obsahující elektromotor, planetovou převodovku, kardanový hřídel, náboj, elektrické aktuátory, tyč řízení, hydraulický tlumič, vinutou pružinu a snímač otáček motoru, jehož podstata spočívá v tom, že kolo s nábojem je ve své ose spojeno s těhlicí, kardanovým hřídelem přes přírubu s planetovou převodovkou spojenou s elektromotorem opatřeným na svém čele snímačem otáček elektromotoru. Na těhlicí jsou připevněny protilehle, jednak pomocí kulového kloubu horního ramena horní rameno, jež je pomocí čepu uchycení horního ramena připevněné ke korbě vozidla, a jednak pomocí kulového kloubu spodního ramena spodní rameno, jež je pomocí čepu uchycení spodního ramena připevněné ke korbě vozidla. Kulové klouby horního ramena a spodního ramena a kulový čep řízení umístěný na konci tyče řízení a připevněný k těhlicí jsou umístěny v jedné rovině tvořené těmito třemi body, která je kolmá na osu kola. K hornímu ramenu jsou připevněny hydraulický tlumič a vinutá pružina, které jsou svými opačnými konci připevněné ke korbě, k níž jsou rovněž připevněny elektrické aktuátory, spojené pomocí tyče řízení, kloubu a kulového čepu řízení s těhlicí.

Výhodou použití modulu pohonu a řízení robotických kolových vozidel podle vynálezu je kompaktnost pohonu a řízení a velká možnost volby různých variant při použití modulů. Lze využít varianty s pohonem všech kol, nebo s pohonem jen některých. Varianty mohou být například 4x4, 6x6, nebo 8x8, ale i 6x4, 8x6, nebo 8x4. Výhodou je i malý poloměr zatáčení, prakticky okolo osy. Robotické vozidlo má velkou schopnost pohybu v členitém terénu, velkou stoupavost a stabilitu. Výhodou je i možnost přesného řízení otáček (směru a polohy) každého kola, možnost pojezdu vozidla při poruše některého komponentu pohonu a vysoké kroutící momenty přenášené na kolo. Zajímavý je u těchto robotických vozidel i ekonomický a tichý provoz.

Objasnění výkresů

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, kde na obrázku č. 1 je v axonometrickém pohledu naznačena konstrukce samotného modulu pohonu a řízení podle vynálezu, představující zavěšení jednoho kola na korbu vozidla se samostatným pohonem.

Příklad uskutečnění vynálezu

Jeden z možných praktických příkladů modulu pohonu a řízení robotických kolových vozidel podle vynálezu je patrný z přiloženého obrázku.

Na obr. č. 1 je naznačeno kolo 2, které je zavěšeno na korbě 1 vozidla pomocí horního ramena 3 a čepu 12 uchycení horního ramena a spodního ramena 4 a čepu 13 uchycení spodního ramena. K těhlicí 5 je horní rameno 3 připojeno pomocí kulového kloubu 14 horního ramena. Spodní rameno 4 je k těhlicí 5 připojeno pomocí kulového kloubu 15 spodního ramena. Odpružení kola 2 je zajištěno pomocí hydraulického tlumiče 19 a vinuté pružiny 20, uchycených na horním rameni 3. Kolo 2 je poháněno kompaktním pohonem sestávajícím z elektromotoru 6, spojeným s planetovou převodovkou 7 a přes přírubu 8 spojeným s kardanovým hřídelem 9, těhlicí 5 a nábojem 10. Celkové spojení je provedeno do jednoho celku v jedné ose. Na čele elektromotoru 6 je umístěn snímač otáček 21 elektromotoru. Řízení kola 2 je realizováno pomocí elektrických aktuátorů 11, uchycených v korbě 1 vozidla a spojených pomocí tyče 16 řízení, kloubu 17 a kulového čepu 18 řízení, s těhlicí 5. Kulové klouby 14 horního ramena a 15 spodního ramena

-3 CZ 307386 B6 a kulový čep 18 řízení jsou umístěny v jedné rovině, tvořené těmito třemi body, která je kolmá na osu kola 2. Kulový čep 18 řízení je umístěn na konci tyče 16 řízení a je připevněn k těhlici 5.

Místo kardanového hřídele 9 může být pro spojení planetové převodovky 7 s těhlici 5 použit homokinetický kloub.

Oba moduly pohonu a řízení mohou být ke korbě 1 zavěšeny podle potřeby zrcadlově vůči sobě, ale nemusí být umístěny v jedné ose.

Z jednotlivých modulů je možno sestavit robotické vozidlo s pohonem všech kol v konfiguracích 4x4, 6x6, 8x8 a vyšších, nebo s pohonem jen některých kol v konfiguracích 6x4,8x6, 8x4 a vyšších variant konfigurací. Korba 1 je tvořena samonosnou skořepinou s otvory a úchyty pro montáž komponent vozidla, včetně pojezdového ústrojí. V korbě 1 vozidla jsou umístěny, jako zdroj energie, akumulátory. Otáčky elektromotoru jsou řízeny elektronickým řídicím systémem, uloženým rovněž v korbě 1 vozidla.

Při přímé jízdě robotického vozidla jsou elektronickým řídicím systémem nastaveny shodné otáčky všech kol 2 a elektrické aktuátory 11 každého kola 2 jsou nastaveny pro přímou jízdu vozidla.

Při zatáčení robotického vozidla jsou elektronickým řídicím systémem otáčky kol 2 řízeny tak, aby vnější kola 2 měly odpovídající větší počet otáček, než kola 2 vnitřní podle poloměru zatáčení, aby nedocházelo ke smyku kol 2, či k jejich prokluzu. Elektrické aktuátory 11 jsou elektronickým řídicím systémem natočeny tak, aby natočení odpovídalo u vnějších kol 2 vnějšímu stopovému poloměru zatáčení a u vnitřních kol 2 vnitřnímu stopovému poloměru zatáčení.

Výše uvedeným způsobem pohonu a řízení kol 2 lze dosáhnout velmi malých stopových i obrysových průměrů otáčení vozidla, otáčení vozidla na místě kolem své svislé osy a jízdy pod úhlem do boku (krabí chod).

Průmyslová využitelnost

Modul pohonu a řízení robotických kolových vozidel podle vynálezu lze s úspěchem využít, jak v armádním prostředí, tak v civilním prostředí, a to všude tam, kde přítomnost řidiče je nebezpečná, ať už z hlediska bojové situace, nebo těžkých vnějších podmínek a terénů.

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Modul pohonu a řízení robotických kolových vozidel sestávající z kola samostatně zavěšeného na korbu vozidla, obsahující elektromotor, planetovou převodovku, kardanový hřídel, náboj, elektrické aktuátory, tyč řízení, hydraulický tlumič, vinutou pružinu a snímač otáček motoru, vyznačující se tím, že kolo (2) s nábojem (10) je ve své ose spojeno s těhlici (5), kardanovým hřídelem (9) přes přírubu (8) s planetovou převodovkou (7) spojenou s elektromotorem (6) opatřeným na svém čele snímačem otáček (21) elektromotoru, přičemž na těhlici (5) jsou připevněny protilehle, jednak pomocí kulového kloubu (14) horního ramena horní rameno (3), jež je pomocí čepu (12) uchycení horního ramena připevněné ke korbě (1) vozidla, a jednak pomocí kulového kloubu (15) spodního ramena spodní rameno (4), jež je pomocí čepu (13) uchycení spodního ramena připevněné ke korbě (1) vozidla, přičemž kulový kloub (14) horního ramena a (15) spodního ramena a kulový čep (18) řízení umístěný na konci tyče (16)

   -4CZ 307386 B6 řízení a připevněný k těhlici (5) jsou umístěny v jedné rovině tvořené těmito třemi body, která je kolmá na osu kola (2), zatímco k hornímu ramenu (3) jsou připevněny hydraulický tlumič (19) a vinutá pružina (20), svými opačnými konci připevněné ke korbě (1), k níž jsou rovněž připevněny elektrické aktuátory (11) spojené pomocí tyče (16) řízení, kloubu (17) a kulového čepu (18) řízení s těhlici (5).