RU172377U1

RU172377U1 - Dual-module mobile robot

Info

Publication number: RU172377U1
Application number: RU2015153288U
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Мартынов; Евгений Анатольевич Лукьянов; Александр Юрьевич Зайцев; Наталья Георгиевна Клемешина; Моисей Андреевич Тросин
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2017-07-06

Abstract

Заявляемое техническое решение относится к самоходным транспортным средствам, а именно к мобильным роботам, и может быть использовано для инспекции охраняемых территорий, малозаметной разведки местности в сложных условиях (пыль, грязь, водная среда, радиоактивное и химическое заражение), обнаружения, а при необходимости, уничтожения опасных объектов.Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции мобильного робота, повышение его надежности и снижение стоимости.Сущность полезной модели. Мобильный робот содержит полый замкнутый жесткий корпус, размещенные внутри корпуса источник энергии, роторный движитель и характеризуется тем, что используются два идентичных по конструкции полых корпуса, соединенных между собой шарниром с возможностью свободного вращения вокруг общей геометрической оси, причем каждый из корпусов содержит один однокоординатный роторный движитель, ось вращения которого совпадает с общей осью вращения обоих корпусов.The claimed technical solution relates to self-propelled vehicles, namely to mobile robots, and can be used for inspection of protected areas, subtle reconnaissance in difficult conditions (dust, dirt, aquatic environment, radioactive and chemical contamination), detection, and if necessary, destruction of dangerous objects. The technical result of the utility model is to simplify the design of the mobile robot, increase its reliability and reduce cost. The essence of the utility model. The mobile robot contains a hollow closed rigid body, an energy source, a rotary mover placed inside the body, and is characterized in that two hollow bodies identical in design are used, interconnected by a hinge with the possibility of free rotation around a common geometric axis, each of the bodies containing one single-coordinate rotary mover, the axis of rotation of which coincides with the common axis of rotation of both buildings.

Description

Устройство относится к самоходным транспортным средствам, а именно к мобильным роботам, и направлено на упрощение конструкции, повышение надежности, расширение функциональности и снижение стоимости мобильного робота.The device relates to self-propelled vehicles, namely to mobile robots, and is aimed at simplifying the design, increasing reliability, expanding functionality and reducing the cost of a mobile robot.

Устройство способно передвигаться внутри помещений и на открытой местности с различным видом поверхности (грунт, асфальт, песок, грязь, вода и т.п.) в том числе и в условиях заражения ядовитыми и радиоактивными веществами. Устройство может быть использовано в качестве дистанционно управляемого или автономного наземного мобильного средства для инспекции охраняемых территорий, малозаметной разведки местности, в том числе и в опасных для человека условиях, обнаружения подозрительных объектов, дистанционной проверки личности, а при необходимости, уничтожения опасных объектов.The device is able to move indoors and outdoors with a different type of surface (soil, asphalt, sand, dirt, water, etc.), including in conditions of infection with toxic and radioactive substances. The device can be used as a remotely controlled or autonomous ground-based mobile device for inspection of protected areas, stealth reconnaissance, including in dangerous conditions for humans, detection of suspicious objects, remote verification of identity, and, if necessary, destruction of dangerous objects.

Известен робот-шар (Патент РФ № RU 2315686, B25J 9/00, B25J 11/00, опубл. 27.01.2008 г.), 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.Known robot ball (RF Patent No. RU 2315686, B25J 9/00, B25J 11/00, publ. 01/27/2008), containing a hollow sphere, motors installed 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 engines is mounted on the inner surface of the sphere and is connected by means of a frame made in the form of a quarter of a circle to a second engine mounted on the free end of the frame and provided with a similar frame connected to its shaft.

Недостатком такого мобильного робота-шара является сложность конструкции; используемая сложная кинематическая схема увеличивает его стоимость, снижает надежность и 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. Еще одним недостатком такого робота является неточность движения, связанная с тем, что для поворота робота в любом направлении необходимо, чтобы один из двигателей, установленный на внутренней поверхности сферы был в верхней части шара; при наезде робота на препятствие указанный двигатель может выйти из верхнего положения и тогда поворот станет неточным.The disadvantage of such a mobile robot ball is the design complexity; the complex kinematic scheme used increases its cost, reduces reliability and speed, not allowing to carry out the whole variety of possible directions and motion paths, and also to move in any given direction without additional (preliminary) movements of moving masses inside a spherical shell. Another disadvantage of such a robot is the inaccuracy of movement, due to the fact that to rotate the robot in any direction, it is necessary that one of the engines mounted on the inner surface of the sphere be in the upper part of the ball; when the robot hits an obstacle, the specified engine can get out of the upper position and then the rotation will become inaccurate.

Известен также сфероробот (Патент РФ на полезную модель № RU 149 882 U1 B25J 5/00, опубл. 20.01.2015 г.), 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. Движение сфероробота осуществляется за счет создания движущего момента при ускоренном вращении роторов роторных движителей. При этом кинетические моменты роторов складываются и создают суммарный кинетический момент, приводящий в движение сфероробот.Also known is a spherical robot (RF Patent for Utility Model No. RU 149 882 U1 B25J 5/00, published January 20, 2015) containing a hollow body consisting of hemispheres, a frame in the form of an equatorial disk, mounted in the hemisphere connector, rotary movers, characterized in that in the equatorial disk there are windows in which rotary movers are installed, while the axis of rotation of the rotors are 90 ° relative to each other, and the point of intersection of the axis of the movers is on the line of the diameter of the housing located perpendicular to the axis of the equatorial disk. The movement of the spherical robot is carried out by creating a driving moment during the accelerated rotation of the rotors of the rotary propellers. In this case, the kinetic moments of the rotors add up and create the total kinetic momentum, which sets in motion the spherical robots.

Недостатками сфероробота являются сложность механической конструкции и системы управления. Для его перемещения используются три ротора, приводимые во вращение тремя электродвигателями, причем скорость и направление вращения каждого из двигателей по сложным алгоритмам связаны с соответствующими параметрами вращения остальных двух двигателей. Следствием этого являются высокая стоимость и пониженная надежность; кроме того, как указывают сами авторы, движущий момент появляется лишь при ускоренном вращении роторов.The disadvantages of the spherical robot are the complexity of the mechanical design and control system. To move it, three rotors are used, driven by three electric motors, and the speed and direction of rotation of each of the engines are connected with complex algorithms with the corresponding rotation parameters of the other two engines. The consequence is high cost and reduced reliability; in addition, as the authors themselves indicate, the driving moment appears only with accelerated rotation of the rotors.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели, является дистанционно управляемый катящийся робот SpheROB, описанный в статье «Роботы-шары: новая конструкция мобильных роботов» / В.Е. Павловский [и др.] // Научное обозрение. Журнал о реалиях Российской науки. - 2012. - №3 (10) - с.18-20 (ссылка «№3(10) / декабрь» на архив журнала: http://scientific.ics.org.ru/archive), который был выбран в качестве прототипа.The closest in technical essence to the claimed utility model, is a remotely controlled rolling robot SpheROB, described in the article "Ball robots: a new design of mobile robots" / V.E. Pavlovsky [et al.] // Scientific Review. The magazine about the realities of Russian science. - 2012. - No. 3 (10) - p. 18-20 (link "No. 3 (10) / December" to the journal archive: http://scientific.ics.org.ru/archive), which was chosen as prototype.

Робот SpheROB представляет собой сферу, внутри которой расположены маятник с грузом с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через центр сферы, и три электропривода, обеспечивающие три управляемые степени подвижности маятника, две из которых задают отклонение маятника от экваториальной плоскости сферы, третья служит для поворота приводной системы сферы в экваториальной плоскости. Маятник является движителем этого робота, его поворот вызывает перемещение центра масс внутри сферы и обеспечивает вращающий момент, вызывающий качение сферы. Маятник конструктивно образован системой управления робота и аккумуляторной батареей.The SpheROB robot is a sphere inside which there is a pendulum with a load that can rotate around an axis passing through the center of the sphere, and three electric drives that provide three controlled degrees of mobility of the pendulum, two of which specify the deviation of the pendulum from the equatorial plane of the sphere, the third serves to rotate the drive sphere systems in the equatorial plane. The pendulum is the mover of this robot, its rotation causes the center of mass to move inside the sphere and provides torque that causes the sphere to roll. The pendulum is structurally formed by a robot control system and a battery.

Недостатками робота SpheROB являются сложность механической конструкции (она должна обеспечивать перемещение маятника по трем независимым координатам) системы управления (для перемещения маятника по трем координатам необходимо одновременно согласованно управлять тремя электроприводами, причем скорость и направление вращения каждого из приводов по сложным алгоритмам связаны с соответствующими параметрами вращения остальных двух приводов) и, как следствие, высокая стоимость и низкая надежность.The disadvantages of the SpheROB robot are the complexity of the mechanical design (it must ensure the pendulum moves in three independent coordinates) of the control system (to move the pendulum in three coordinates, it is necessary to simultaneously control three electric drives simultaneously, and the speed and direction of rotation of each of the drives are connected with the corresponding rotation parameters by complex algorithms the other two drives) and, as a result, high cost and low reliability.

Робот SpheROB также обладает ограниченной функциональностью, в частности отсутствует возможность его использования для необходимой в некоторых случаях скрытной доставки небольших предметов (инструментов, запчастей) в сложных условиях работы (разведка местности, перемещение на поле боя и т.п.). Как у каждого вращающегося (без жестко закрепленной оси вращения) тела, у робота SpheROB при движении будет иметь место прецессия, т.е. перемещение оси вращения робота по образующей конуса, что вызывает покачивание робота и может искажать изображение с установленной на нем видеокамеры.The SpheROB robot also has limited functionality, in particular, it is not possible to use it for the secretive delivery of small items (tools, spare parts) necessary in some cases in difficult working conditions (reconnaissance, moving to the battlefield, etc.). Like every rotating body (without a rigidly fixed axis of rotation), the SpheROB robot will have a precession during movement, i.e. moving the axis of rotation of the robot along the generatrix of the cone, which causes the robot to swing and may distort the image from the video camera installed on it.

Задачи заявляемой полезной модели заключаются в упрощении конструкции, повышении надежности, расширении функциональности и снижении стоимости мобильного робота.The objectives of the claimed utility model are to simplify the design, increase reliability, expand functionality and reduce the cost of a mobile robot.

Сущность заявляемого устройства заключается в том, что двухмодульный мобильный робот, содержащий полый замкнутый жесткий корпус, размещенные внутри корпуса источник энергии, роторный движитель, характеризующийся тем, что используются два идентичных по конструкции полых корпуса, соединенных между собой шарниром с возможностью свободного вращения вокруг общей геометрической оси, причем каждый из корпусов содержит один однокоординатный роторный движитель, ось вращения которого совпадает с общей осью вращения обоих корпусов;The essence of the claimed device lies in the fact that a two-module mobile robot containing a hollow closed rigid body, an energy source located inside the body, a rotary mover, characterized in that two hollow bodies identical in design are used, interconnected by a hinge with the possibility of free rotation around a common geometric an axis, each of the housings comprising one single-axis rotary propulsion device, the axis of rotation of which coincides with the common axis of rotation of both buildings;

- двухмодульный мобильный робот, характеризующийся тем, что полые корпуса могут иметь геометрическую форму тел вращения, при этом осями симметрии и вращения является ось вращения обоих корпусов;- a two-module mobile robot, characterized in that the hollow bodies can have the geometric shape of bodies of revolution, while the axes of symmetry and rotation are the axis of rotation of both bodies;

- двухмодульный мобильный робот, характеризующийся тем, что шарнир соединяет корпуса между собой с помощью двух трубчатых стержней, оси которых совпадают с общей геометрической осью вращения обоих корпусов робота; при этом каждый из трубчатых стержней одним своим концом жестко соединен с одним из корпусов, а другим своим концом - с шарниром, обеспечивающим возможность свободного вращения корпусов с соответствующими трубчатыми стержнями вокруг общей геометрической оси робота.- a two-module mobile robot, characterized in that the hinge connects the bodies to each other using two tubular rods whose axes coincide with the common geometric axis of rotation of both robot bodies; wherein each of the tubular rods is rigidly connected at one end to one of the housings, and at its other end, with a hinge, which allows the housings to freely rotate with corresponding tubular rods around the common geometric axis of the robot.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является упрощение конструкции мобильного робота, повышение его надежности и снижение стоимости за счет уменьшения количества необходимых степеней подвижности роторного движителя с трех до одного в каждом модуле и соответствующего упрощения системы управления движителями, т.к. теперь отсутствует необходимость согласованно управлять тремя электроприводами, скорость и направление вращения каждого из которых по сложным алгоритмам были связаны с соответствующими параметрами вращения остальных двух приводов. Использование двух одинаковых электроприводов (вместо трех разных у прототипа) увеличивает степень унификации заявляемого робота, что делает его конструктивно гораздо проще, надежней и дешевле робота-прототипа.The technical result provided by the given set of features is to simplify the design of the mobile robot, increase its reliability and reduce cost by reducing the number of required degrees of mobility of the rotary mover from three to one in each module and the corresponding simplification of the propulsion control system, because Now there is no need to consistently control three electric drives, the speed and direction of rotation of each of which, according to complex algorithms, were associated with the corresponding rotation parameters of the other two drives. The use of two identical electric drives (instead of three different for the prototype) increases the degree of unification of the claimed robot, which makes it structurally much simpler, more reliable and cheaper than the prototype robot.

Техническим результатом является устранение паразитных поперечных колебаний геометрической оси заявляемого мобильного робота, которые у прототипа неизбежно возникали вследствие прецессии вращающейся сферы при ее качении. Поскольку заявляемый робот имеет две опорных площадки (вместо одной у прототипа), его ось вращения всегда остается параллельной поверхности, по которой он катится, что исключает появление прецессии. Устранение прецессии расширяет функциональность заявляемого робота, что проявляется в возможности избавить устанавливаемую на нем полезную нагрузку, например, видеокамеру, от паразитных колебаний, снижающих качество видеоизображения.The technical result is the elimination of spurious lateral vibrations of the geometric axis of the inventive mobile robot, which the prototype inevitably arose due to the precession of the rotating sphere during its rolling. Since the claimed robot has two supporting platforms (instead of one of the prototype), its axis of rotation always remains parallel to the surface on which it rolls, which eliminates the appearance of a precession. Elimination of the precession extends the functionality of the claimed robot, which is manifested in the ability to save the payload installed on it, for example, a video camera, from spurious vibrations that reduce the quality of the video image.

Расширение функциональности заключается также в том, что в заявляемом роботе в отличие от прототипа корпуса модулей могут иметь форму, отличную от сферической (например, конусов, сдвоенных конусов, эллипсоидов вращения и др.), но одинаковую для обоих корпусов, что позволяет выбирать конфигурацию мобильного робота в зависимости от характера местности и выполняемой задачи.The extension of functionality also lies in the fact that in the claimed robot, unlike the prototype, the module housings can have a shape different from spherical (for example, cones, double cones, rotation ellipsoids, etc.), but the same for both cases, which allows you to choose a mobile configuration robot depending on the nature of the terrain and the task performed.

Расширение функциональности и области применения заключается также в том, что использование удлиняющих стержней позволяет увеличить расстояние между модулями двухмодульного мобильного робота, что дополнительно стабилизирует его движение, увеличивает вращательный момент при повороте робота и расширяет возможности при работе на местности с различными особенностями рельефа или при выполнении специальных задач.The expansion of functionality and scope also lies in the fact that the use of extension rods allows you to increase the distance between the modules of a two-module mobile robot, which further stabilizes its movement, increases the torque when turning the robot and expands the possibilities when working on terrain with various terrain features or when performing special tasks.

Расширение функциональности заключается также в том, что заявляемый робот в случае необходимости может быть использован для транспортировки небольших предметов (инструментов, запчастей) в сложных условиях работы (разведка местности, перемещение на поле боя и т.п.) без нарушения целостности корпуса модуля: контейнер с транспортируемым предметом просто цепляется за суженный участок между модулями.The extension of functionality also lies in the fact that, if necessary, the claimed robot can be used to transport small items (tools, spare parts) in difficult working conditions (reconnaissance, moving to the battlefield, etc.) without violating the integrity of the module body: container with the transported object, it simply clings to the narrowed section between the modules.

Расширение функциональности заключается также в том, что при том же полезном объеме, что и у прототипа, заявляемый робот будет иметь меньшую высоту (например, при сферической форме корпусов модулей объем одной большой сферы распределяется на два корпуса меньшего диаметра), а значит, при работе в сложных условиях (разведка местности, перемещение на поле боя и т.п.) будет обладать большей скрытностью.The extension of functionality also lies in the fact that with the same usable volume as the prototype, the inventive robot will have a lower height (for example, with the spherical shape of the module cases, the volume of one large sphere is distributed into two cases of smaller diameter), which means that during operation in difficult conditions (reconnaissance, moving to the battlefield, etc.) will have greater stealth.

Заявляемое устройство поясняется чертежами, где наThe inventive device is illustrated by drawings, where on

фиг. 1 схематически изображена его конструкция;FIG. 1 schematically shows its construction;

фиг. 2 показан один из возможных вариантов шарнирного соединения модулей между собой;FIG. 2 shows one of the possible options for hinging the modules together;

фиг. 3 схематически показано, что корпуса модулей могут иметь форму геометрических тел вращения, отличающихся от сферы: a - конусов, b - сдвоенных усеченных конусов, c - эллипсоидов вращения;FIG. Figure 3 shows schematically that the module housings can take the form of geometric bodies of revolution that differ from the sphere: a - cones, b - double truncated cones, c - ellipsoids of revolution;

фиг. 4 в разрезе изображен один из возможных вариантов соединения модулей трубчатыми стержнями.FIG. 4 is a sectional view illustrating one possible connection of the modules with tubular rods.

Заявляемый робот включает два одинаковой формы полых модуля (левый и правый), корпуса 1 и 2 которых соединены между собой шарниром 3. Каждый из модулей (левый и правый) содержит по одному блоку управления 4 и 5 роторными движителями. Роторные движители могут быть выполнены, например, в виде маятников, состоящих из стержня 6 и груза 7 (в правом модуле) и стержня 8 и груза 9 (в левом модуле). Оси вращения движителей-маятников совпадают с общей геометрической осью вращения всего двухмодульного мобильного робота, проходящей через оси 10 и 11 левого и правого модулей. Каждый маятник-движитель приводится во вращательное движение с помощью управляемого электропривода. Каждый блок управления 4 и 5 включает аккумуляторную батарею, электропривод движителя, датчики углов поворота движителя и корпуса относительно направления силы тяжести, средства дистанционной передачи показаний датчиков на внешний пульт управления и приема управляющих команд от этого пульта.The inventive robot includes two identical forms of hollow modules (left and right), the housing 1 and 2 of which are connected by a hinge 3. Each of the modules (left and right) contains one control unit 4 and 5 of rotary motors. Rotary movers can be made, for example, in the form of pendulums consisting of a rod 6 and a load 7 (in the right module) and a rod 8 and a load of 9 (in the left module). The rotation axes of the pendulum propellers coincide with the common geometric axis of rotation of the entire two-module mobile robot passing through the axes 10 and 11 of the left and right modules. Each pendulum-mover is rotationally driven by a controlled electric drive. Each control unit 4 and 5 includes a battery, an electric drive of the mover, angle sensors of rotation of the mover and the housing relative to the direction of gravity, means for remotely transmitting sensor readings to an external control panel and receiving control commands from this panel.

Шарнир 3 позволяет модулям свободно вращаться друг относительно друга вокруг общей геометрической оси, проходящей через оси 10 и 11 каждого модуля. Один из возможных вариантов шарнирного соединения модулей между собой изображен на фигуре 2. Здесь шарнир 3 выполнен в виде подшипника, расположенного между корпусами 1 и 2 модулей робота таким образом, что его ось совпадает с общей геометрической осью вращения обоих модулей. При этом внутреннее кольцо подшипника жестко соединено с корпусом одного из модулей (например, левого, позиция 1), а внешнее кольцо подшипника жестко соединено с корпусом другого модуля (например, правого, позиция 2).The hinge 3 allows the modules to rotate freely relative to each other around a common geometric axis passing through the axes 10 and 11 of each module. One of the possible options for hinging the modules together is shown in figure 2. Here, the hinge 3 is made in the form of a bearing located between the cases 1 and 2 of the robot modules in such a way that its axis coincides with the common geometric axis of rotation of both modules. In this case, the inner ring of the bearing is rigidly connected to the housing of one of the modules (for example, left, position 1), and the outer ring of the bearing is rigidly connected to the housing of another module (for example, right, position 2).

В заявляемом роботе корпуса модулей могут иметь форму геометрических тел вращения, отличающихся от сферы, например, конусов (фиг. 3a), сдвоенных усеченных конусов (фиг. 3b), эллипсоидов вращения (фиг. 3c) и т.п., но при этом оба корпуса должны иметь одинаковую форму и общую ось вращения. Достоинством использования корпусов несферической формы может быть, например, возможность размещения в них дополнительного оборудования, имеющего сложную конфигурацию, а также повышение эффективности перемещения робота по местности с различным характером поверхности: на дороге с твердым покрытием могут использоваться корпуса формы, показанной на фиг. 3a и 3b, а на местности с мягким грунтом - корпуса формы 3c.In the claimed robot, the module housings may have the form of geometric bodies of revolution, different from the sphere, for example, cones (Fig. 3a), double truncated cones (Fig. 3b), rotation ellipsoids (Fig. 3c), etc., but at the same time both cases must have the same shape and common axis of rotation. The advantage of using non-spherical enclosures can be, for example, the possibility of placing additional equipment with a complex configuration in them, as well as increasing the efficiency of moving the robot over terrain with a different surface character: on the paved road, the enclosures of the form shown in FIG. 3a and 3b, and in areas with soft soil - enclosures of the form 3c.

Модули заявляемого робота могут быть соединены между собой шарниром 3 как непосредственно, так и с помощью трубчатых стержней. На фиг. 4 в разрезе изображен один из возможных вариантов такого соединения. Корпуса 1 и 2 обоих модулей снабжены трубчатыми стержнями 12 и 13, оси которых совпадают с общей геометрической осью вращения всего робота, проходящей через оси 10 и 11 каждого модуля. Каждый из трубчатых стержней одним своим концом жестко соединен с одним из корпусов, а другим - с шарниром 3, позволяющим стержням вместе с соответствующими корпусами свободно вращаться вокруг общей геометрической оси обоих модулей (при этом каждый трубчатый стержень будет входить в состав соответствующего модуля). Использование трубчатых стержней позволяет увеличить расстояние между модулями, что повышает устойчивость робота и расширяет его функциональные возможности при движении по местности с различными особенностями рельефа или при выполнении специальных задач.The modules of the claimed robot can be interconnected by a hinge 3 both directly and with the help of tubular rods. In FIG. 4 is a sectional view illustrating one possible embodiment of such a compound. Cases 1 and 2 of both modules are equipped with tubular rods 12 and 13, the axes of which coincide with the common geometric axis of rotation of the entire robot passing through the axes 10 and 11 of each module. Each of the tubular rods at one end is rigidly connected to one of the housings, and the other with a hinge 3, which allows the rods together with the respective housings to freely rotate around the common geometric axis of both modules (in this case, each tubular rod will be part of the corresponding module). Using tubular rods allows you to increase the distance between the modules, which increases the stability of the robot and expands its functionality when moving around terrain with various terrain features or when performing special tasks.

Внутреннее пространство модулей может быть полностью изолировано от внешней среды, поэтому все находящиеся внутри каждого модуля электромеханические, электронные и другие компоненты защищены от вредного влияния окружающей среды даже при работе заявляемого робота, например, в воде, пыли, жидкой грязи, запыленной или загрязненной химическими или радиоактивными веществами атмосфере.The internal space of the modules can be completely isolated from the external environment, therefore, all electromechanical, electronic and other components inside each module are protected from the harmful effects of the environment even when the inventive robot works, for example, in water, dust, liquid dirt, dusty or contaminated with chemical or radioactive substances atmosphere.

Шарнир 3, соединяющий модули между собой, защищен от влаги и загрязнений за счет применения защищенных подшипников (подобных используемым в сельскохозяйственных машинах). К тому же рассматриваемый шарнир 3 является пассивным (он не нагружен, так как через него не передаются никакие силовые воздействия, не проходят электрические, оптические и другие кабели и отсутствует разница давлений по обе стороны этого соединения, что еще более упрощает его защиту. Наличие шарнира 3 не нарушает герметичности модулей (см. фиг. 2), внутреннее пространство которых изолировано друг от друга и от внешней среды.The hinge 3, connecting the modules to each other, is protected from moisture and dirt through the use of protected bearings (similar to those used in agricultural machines). Moreover, the hinge 3 under consideration is passive (it is not loaded, since no power influences are transmitted through it, electric, optical and other cables do not pass and there is no pressure difference on both sides of this connection, which further simplifies its protection. 3 does not violate the tightness of the modules (see Fig. 2), the inner space of which is isolated from each other and from the external environment.

Заявляемый мобильный робот работает следующим образом.The inventive mobile robot operates as follows.

Когда заявляемый робот находится в выключенном состоянии, стержни 6 и 8 маятников в обоих модулях расположены вертикально, грузы 7 и 9 маятников под действием силы тяжести занимают крайнее нижнее положение, поэтому вращающий момент отсутствует. Робот неподвижен и каждый из корпусов 1 и 2 обоих модулей опирается на местность своей нижней частью.When the inventive robot is in the off state, the rods 6 and 8 of the pendulums in both modules are arranged vertically, the loads of 7 and 9 pendulums under the influence of gravity occupy the lowest position, so there is no torque. The robot is stationary and each of the cases 1 and 2 of both modules relies on the terrain with its lower part.

Когда один из модулей (например, левый) получает по радиоканалу от внешнего пульта управления команду «Вперед», электродвигатель этого модуля (расположенный в блоке управления 4) начинает вращение в прямом направлении. Непосредственно или через редуктор этот двигатель начинает поворачивать стержень 8 маятника левого модуля (вокруг оси 11) таким образом, что закрепленный на конце этого стержня груз 9 отклоняется в сторону заданного направления движения. При отклонении маятника от вертикального положения появляется вращающий момент, заставляющий этот модуль катиться вперед. Система управления, расположенная внутри этого модуля, используя информацию от датчика угла ϕ отклонения стержня маятника от вертикального положения, управляет электродвигателем таким образом, чтобы поддерживать заданное значение угла ϕ, а значит, и скорости качения левого модуля. (Вращающий момент, создаваемый маятником, а значит, и скорость качения робота по местности, пропорциональны синусу угла отклонения стержня маятника от вертикального положения.)When one of the modules (for example, the left one) receives the “Forward” command via the radio channel from the external control panel, the electric motor of this module (located in the control unit 4) starts rotation in the forward direction. Directly or through a gearbox, this engine starts to turn the pendulum rod 8 of the left module (around axis 11) so that the load 9 fixed at the end of this rod deviates in the direction of the given direction of movement. When the pendulum deviates from the vertical position, a torque appears, causing this module to roll forward. The control system located inside this module, using information from the angle sensor ϕ of the deviation of the pendulum rod from the vertical position, controls the electric motor in such a way as to maintain a given value of the angle ϕ, and hence the rolling speed of the left module. (The rotational moment created by the pendulum, and therefore the rolling speed of the robot in the area, is proportional to the sine of the angle of deviation of the pendulum rod from the vertical position.)

При поступлении от внешнего пульта управления на левый модуль команды «Стоп» двигатель левого модуля отключается, стержень 8 с грузом 9 маятника под действием силы тяжести опускаются в крайнее нижнее положение, вращающий момент становится равным нулю и вращение левого модуля останавливается. Таким же образом поступление от пульта управления команды «Назад» включает электродвигатель в обратном направлении, и внутренняя система управления левого модуля поддерживает заданное значение угла ϕ отклонения стержня маятника, а значит, и скорости качения левого модуля в обратном направлении. Аналогично с пульта управления включается, реверсируется и останавливается электродвигатель правого модуля, обеспечивая его движение.When the “Stop” command is received from the external control panel to the left module, the engine of the left module is turned off, the rod 8 with the weight of the pendulum 9 is lowered to the lowest position under the influence of gravity, the torque becomes zero and the rotation of the left module stops. In the same way, the receipt of the “Back” command from the control panel turns on the electric motor in the opposite direction, and the internal control system of the left module supports the set value of the angle ϕ of the deviation of the pendulum rod, and hence the rolling speed of the left module in the opposite direction. Similarly, the electric motor of the right module is turned on, reversed and stopped from the control panel, providing its movement.

Для движения всего робота по прямой линии стержни маятников обоих модулей отклоняются в сторону движения на один и тот же угол ϕ, что обеспечивается внутренними системами управления обоих модулей и командами с пульта управления. При этом оба модуля вращаются с одинаковой скоростью, двухмодульный мобильный робот катится как единое целое, и обе части шарнира 3 неподвижны друг относительно друга.For the entire robot to move in a straight line, the pendulum rods of both modules deviate in the direction of movement by the same angle ϕ, which is provided by the internal control systems of both modules and commands from the control panel. In this case, both modules rotate at the same speed, the two-module mobile robot rolls as a whole, and both parts of the hinge 3 are stationary relative to each other.

При необходимости поворота двухмодульного робота включается двигатель только одного модуля. Для разворота на месте двигатели обоих модулей вращаются в разных направлениях (т.е. управление заявляемым мобильным роботом аналогично управлению гусеничной машиной - танком или трактором). В случае, когда модули движутся с различной скоростью (или в разных направлениях), шарнир 3 обеспечивает свободное взаимное вращение модулей вокруг общей геометрической оси вращения всего устройства.If it is necessary to turn the two-module robot, only one module engine is switched on. For a turn on the spot, the engines of both modules rotate in different directions (i.e., controlling the inventive mobile robot is similar to controlling a tracked vehicle - a tank or tractor). In the case when the modules move at different speeds (or in different directions), the hinge 3 provides free mutual rotation of the modules around a common geometric axis of rotation of the entire device.

Если для увеличения расстояния между модулями используются трубчатые стержни 12, 13 (при этом шарнир 3 располагается между ними), управление двухмодульным роботом и его движение не отличаются от описанного выше. Увеличение расстояния между модулями позволяет сделать перемещение робота по пересеченной местности более устойчивым за счет увеличения «базы» (расстояния между точками, в которых робот касается местности).If tubular rods 12, 13 are used to increase the distance between the modules (the hinge 3 is located between them), the control of the two-module robot and its movement do not differ from that described above. Increasing the distance between the modules allows you to make the robot moving over rough terrain more stable by increasing the "base" (the distance between the points at which the robot touches the terrain).

Пример осуществления полезной модели. В соответствии с приведенным описанием авторами был изготовлен действующий макет заявляемого мобильного робота с двумя модулями сферической формы, трубчатыми стержнями и шарнирным соединением между ними. Движение робота в трех режимах (движение по прямой, поворот вокруг неподвижного модуля и разворот на месте) было снято на видео, которое может быть представлено по требованию экспертизы. Процесс изготовления и испытания макета подтвердили его конструктивную простоту (по сравнению с прототипом), отсутствие паразитных колебаний оси робота при его качении, возможность транспортировки мелких предметов без нарушения целостности корпусов робота.An example implementation of a utility model. In accordance with the above description, the authors made a working model of the inventive mobile robot with two spherical modules, tubular rods and a swivel between them. The movement of the robot in three modes (moving in a straight line, turning around a stationary module and turning in place) was shot on video, which can be presented at the request of the examination. The manufacturing process and testing the layout confirmed its structural simplicity (compared with the prototype), the absence of spurious oscillations of the axis of the robot during its rolling, the ability to transport small objects without violating the integrity of the robot bodies.

Claims

1. A two-module mobile robot, characterized in that it contains two identical in design closed rigid hollow bodies, each of which has a power source and a single-axis rotary mover, while the said hollow bodies are interconnected by a hinge with the possibility of rotation around a common geometric axis and the axis of rotation of said rotary propellers coincide with the common axis of rotation of both bodies.

2. The robot according to claim 1, characterized in that the hollow bodies are made in the form of bodies of revolution, the geometric shape of which differs from the spherical one, and the axis of symmetry coincides with the axis of rotation of the bodies.