RU179843U1

RU179843U1 - TRANSPORT ROBOT

Info

Publication number: RU179843U1
Application number: RU2017103996U
Authority: RU
Inventors: Алексей Анатольевич Целищев
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2018-05-28

Abstract

Предполагаемая полезная модель относится к робототехнике и может найти применение в качестве индивидуального транспортного средства для перевозки или сопровождения лиц с ограниченными возможностями передвижения. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы при одновременном упрощении устройства и повышении его технологичности. Данный технический результат достигается тем, что в предложенном транспортном роботе, содержащем платформу, два колеса на двух колесных валах и третье колесо на оси, установленные под платформой с помощью трех колесных вилок, причем в качестве колесной вилки третьего колеса используют поворотную вилку «рояльного» типа, два электродвигателя, источник питания, выключатель питания, дополнительно введены две лампы накаливания, два фототранзистора, микросхема управления двумя электродвигателями, два реле с нормально разомкнутыми контактами, пульт ручного управления с четырьмя кнопками управления, пакетный переключатель режимов «автомат-ручное управление», корпус с сиденьем для пассажира, подножки и две ручки-опоры, а в качестве навигационных маркерных элементов используется нанесенная на опорной плоскости светоотражающая полоса по траектории направления движения транспортного робота.Транспортный робот характеризуется высокой надежностью, конструктивно достаточно прост и технологичен.The proposed utility model relates to robotics and may find application as an individual vehicle for transporting or escorting persons with limited mobility. The technical result of the proposed utility model is to increase operational reliability while simplifying the device and increasing its manufacturability. This technical result is achieved by the fact that in the proposed transport robot containing the platform, two wheels on two wheel shafts and a third wheel on the axle mounted under the platform using three wheel forks, and a “piano” type rotary fork is used as the wheel fork of the third wheel , two electric motors, a power source, a power switch, two incandescent lamps, two phototransistors, a control circuit for two electric motors, two relays with normally open contacts are additionally introduced and, a manual control panel with four control buttons, a batch automatic-manual control mode switch, a body with a passenger seat, footrests and two support handles, and reflective stripes applied on the reference plane along the direction of travel are used as navigation marker elements transport robot. The transport robot is characterized by high reliability, structurally simple and technologically advanced.

Description

Предполагаемая полезная модель относится к робототехнике и может найти применение в качестве индивидуального транспортного средства для перевозки или сопровождения лиц с ограниченными возможностями передвижения.The proposed utility model relates to robotics and may find application as an individual vehicle for transporting or escorting persons with limited mobility.

Известны мобильный робот, содержащий платформу со смонтированными на ней колесами, датчиками параметров движения и бортовой компьютер (патент RU №2303240, 2006 г.), патент RU 2006410, опубл. 1994 г., патент RU 2291811, опубл. 2007 г. Данные роботы имеют сложную конструкцию и большое число электронных элементов управляющей схемы, что резко снижает надежность робота.Known mobile robot containing a platform with wheels mounted on it, motion parameters sensors and an on-board computer (patent RU No. 2303240, 2006), patent RU 2006410, publ. 1994, patent RU 2291811, publ. 2007. These robots have a complex structure and a large number of electronic elements of the control circuit, which dramatically reduces the reliability of the robot.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является мобильный робот, содержащий автономную навигационную систему для перемещения в среде с навигационными маркерными элементами, платформу, три колеса, установленные на платформе три колесные вилки, причем в качестве колесной вилки третьего колеса используют вилку «рояльного» типа, два электродвигателя, источник питания и бортовую вычислительную сеть. При использовании навигационных маркерных элементов в виде установленных на опорной плоскости светоизлучающих маяков автономная навигационная система выполнена с возможностью кругового сканирования пространства, а бортовая вычислительная сеть выполнена с возможностью сбора и обработки данных с датчиков угла поворота и датчиков скорости вращения первого и второго колес и формирования и передачи управляющих сигналов на электродвигатели первого и второго колес. При использовании навигационных маркерных элементов в виде нанесенной на опорную плоскость светоотражающей полосы автономная навигационная система выполнена с возможностью определения отклонения проекции точки середины передней кромки платформы робота на опорную плоскость от средней линии светоотражающей полосы и отклонения продольной оси платформы робота от касательной к средней линии светоотражающей полосы в указанной точке (патент RU №2454313 опубликовано 27.06.2012.Closest to the proposed utility model is a mobile robot containing an autonomous navigation system for moving in an environment with navigation marker elements, a platform, three wheels mounted on the platform, three wheel forks, and a “piano” type fork, two electric motor, power source and on-board computer network. When using navigation marker elements in the form of light-emitting beacons installed on the reference plane, the autonomous navigation system is capable of circular scanning of the space, and the on-board computer network is capable of collecting and processing data from the rotation angle sensors and the rotation sensors of the first and second wheels and the formation and transmission control signals to the electric motors of the first and second wheels. When using navigation marker elements in the form of a reflective strip deposited on the reference plane, the autonomous navigation system is configured to determine the deviation of the projection of the midpoint of the front edge of the robot platform onto the reference plane from the midline of the reflective strip and the deviation of the longitudinal axis of the robot platform from the tangent to the middle line of the reflective strip in the specified point (patent RU No. 2454313 published on June 27, 2012.

Недостатком данного мобильного робота также является сложность конструкции и большое число электронных элементов управляющей схемы, что резко снижает его надежность.The disadvantage of this mobile robot is also the complexity of the design and the large number of electronic elements of the control circuit, which dramatically reduces its reliability.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы при одновременном упрощении устройства и повышении его технологичности.The technical result of the proposed utility model is to increase operational reliability while simplifying the device and increasing its manufacturability.

Данный технический результат достигается тем, что в предложенном транспортном роботе, содержащем платформу, два колеса на двух колесных валах и третье колесо на оси, установленные под платформой с помощью трех колесных вилок, причем в качестве колесной вилки третьего колеса используют поворотную вилку «рояльного» типа, два электродвигателя, источник питания, выключатель питания, дополнительно введены две лампы накаливания, два фототранзистора, микросхема управления двумя электродвигателями (например, марки L293D), два реле с нормально разомкнутыми контактами, пульт ручного управления с четырьмя кнопками управления, пакетный переключатель режимов «автомат-ручное управление», корпус с сиденьем для пассажира, подножки и две ручки-опоры, а в качестве навигационных маркерных элементов используется нанесенная на опорной плоскости светоотражающая полоса по траектории направления движения транспортного робота.This technical result is achieved by the fact that in the proposed transport robot containing the platform, two wheels on two wheel shafts and a third wheel on the axle mounted under the platform using three wheel forks, and a “piano” type rotary fork is used as the wheel fork of the third wheel , two electric motors, a power source, a power switch, two incandescent lamps, two phototransistors, a control circuit for two electric motors (for example, L293D brand), two relays with normal closed contacts, a manual control panel with four control buttons, a batch automatic-manual control mode switch, a body with a passenger seat, footrests and two support handles, and reflective stripe applied on the reference plane along the directional path is used as navigation marker elements movement of the transport robot.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем: Предлагаемая полезная модель основана на минимальном количестве аналоговых элементов управления, что существенно повышает вероятность безотказной работы по сравнению с аналогами. Покажем это. В инженерных расчетах вероятность безотказной работы в случае экспоненциального распределения времени до отказа используют формулуThe essence of the proposed utility model is as follows: The proposed utility model is based on the minimum number of analog controls, which significantly increases the likelihood of uptime compared to peers. Show it. In engineering calculations, the probability of failure-free operation in the case of an exponential distribution of time to failure using the formula

где N - количество элементов в устройстве; λ_i - параметр экспоненциального распределения для i-го элемента, численно равный интенсивности отказов этого элемента, 1/час, t - время, за которое рассчитывается вероятность безотказной работы, час. (http://library.bsuir.bv/m/12_119786_1_72356.pdf, стр. 15).where N is the number of elements in the device; λ _i is the exponential distribution parameter for the i-th element, numerically equal to the failure rate of this element, 1 / hour, t is the time for which the probability of failure-free operation is calculated, hour. (http://library.bsuir.bv/m/12_119786_1_72356.pdf, p. 15).

В предлагаемой полезной модели количество элементов, учитывая точки пайки N= ~50, а в прототипе N= ~450. При этом вероятность безотказной работы за 1000 часов составит: для предлагаемой полезной модели 0,995, а для прототипа - 0,956. Нормативное значение вероятности безотказной, т.е. безопасной для человека работы Р* должна быть весьма близка к единице (например, Р*=0,99) (http://setref.ru/151929.html).In the proposed utility model, the number of elements, given the soldering points N = ~ 50, and in the prototype N = ~ 450. In this case, the probability of failure-free operation in 1000 hours will be: for the proposed utility model 0.995, and for the prototype - 0.956. The standard value of the probability of failure-free, i.e. safe for a person work P * should be very close to unity (for example, P * = 0.99) (http://setref.ru/151929.html).

Структурная схема транспортного робота представлена на фиг. 1.The block diagram of the transport robot is shown in FIG. one.

Транспортный робот содержит источник питания 1, соединенный через выключатель питания 2 с пакетным переключателем режимов «автомат - ручное управление» 3 и с входами разомкнутых контактов 12, 13 реле 10, 11, а выходы разомкнутых контактов 12, 13 реле 10, 11 - с входами электродвигателей 14, 15, первый выход пакетного переключателя режимов «автомат - ручное управление» 3 соединен с пультом ручного управления 4, второй выход - с лампами накаливания 5, 6 и входами фототранзисторов 7, 8, выходы которых соединены со входами микросхемы управления 9 двумя электродвигателями, выходы которой соединены со входами обмоток реле 10 и 11, выходы пульта ручного управления 4 соединены со входами электродвигателей 14, 15, при этом колесный вал 16 первого колеса 18, прикрепленный к платформе 24 посредством колесной вилки 21, кинематически (например, ременная, цепная, червячная, прямозубая, косозубая передачи или соосная прямая передача) связан с выходным валом первого электродвигателя 14, колесный вал 17 второго колеса 20, прикрепленный к платформе 24 посредством колесной вилки 23, также кинематически связан с выходным валом второго электродвигателя 15, в качестве колесной вилки 22 третьего колеса 19 с осью используется поворотная вилка «рояльного» типа, ручки-опоры 25, 26, подножки 27, корпус 28 с сиденьем для пассажира жестко закреплены к платформе 24, а в качестве навигационных маркерных элементов используется нанесенная на опорной плоскости светоотражающая полоса по траектории направления движения транспортного робота.The transport robot contains a power source 1, connected through a power switch 2 with a batch mode switch "automatic - manual control" 3 and with inputs of open contacts 12, 13 of relay 10, 11, and outputs of open contacts 12, 13 of relay 10, 11 with inputs electric motors 14, 15, the first output of the automatic-manual control batch switch 3 is connected to the manual control panel 4, the second output is to incandescent lamps 5, 6 and the inputs of phototransistors 7, 8, the outputs of which are connected to the inputs of the control chip 9 by two electrodes dies, the outputs of which are connected to the inputs of the relay windings 10 and 11, the outputs of the manual control 4 are connected to the inputs of the electric motors 14, 15, while the wheel shaft 16 of the first wheel 18, attached to the platform 24 by means of a wheel fork 21, kinematically (for example, belt, chain, worm, spur, helical gears or coaxial direct gears) connected to the output shaft of the first electric motor 14, the wheel shaft 17 of the second wheel 20, attached to the platform 24 by means of a wheel fork 23, is also kinematically connected to the output shaft the second electric motor 15, as a wheel fork 22 of the third wheel 19 with an axis, a rotary fork of the “piano” type, handle-supports 25, 26, footboards 27, the housing 28 with the passenger seat are rigidly fixed to the platform 24, and as navigation marker elements a reflective strip applied on the reference plane is used along the trajectory of the transport robot.

Транспортный робот работает следующим образом.Transport robot works as follows.

Транспортный робот может работать в двух режимах управления: 1. Ручное управление, 2. Автоматическое управление.The transport robot can operate in two control modes: 1. Manual control, 2. Automatic control.

Исходное состояние при ручном управлении: выключатель питания 2 в выключенном состоянии, пакетный переключатель режимов «автомат - ручное управление» 3 в положении «ручное управление». В этом режиме схема автоматического управления движением транспортного робота обесточена.Initial state for manual control: power switch 2 in the off state, batch mode switch "automatic - manual control" 3 in the "manual control" position. In this mode, the automatic control circuit of the transport robot is de-energized.

Пассажир садится на корпус 28 с сиденьем для пассажира, ставит ноги на подножки 27, включает выключатель питания 2, движение начинается при нажатии кнопок пульта ручного управления 4 с четырьмя кнопками управления. При нажатии двух кнопок «вперед» питание подается на левый и правый электродвигатели 14 и 15, соответственно, и робот движется прямо вперед. При нажатии двух кнопок «назад» питание подается на левый и правый электродвигатели 14 и 15 соответственно в обратной полярности и робот движется прямо назад. Для осуществления поворотов отпускаются либо левая, либо правая кнопка, при этом левый или правый электродвигатель обесточивается и робот поворачивается либо налево, либо направо до нажатия отпущенной кнопки. Повороты могут осуществляться как при ходе вперед, так и при ходе назад. Этот режим может использоваться при произвольной траектории движения, например, при установке транспортного робота на светоотражающую полосу, нанесенную на опорной плоскости по направлению движения.The passenger sits on the housing 28 with the seat for the passenger, puts his feet on the steps 27, turns on the power switch 2, the movement starts when you press the buttons of the remote control 4 with four control buttons. When two “forward” buttons are pressed, power is supplied to the left and right electric motors 14 and 15, respectively, and the robot moves directly forward. When two “back” buttons are pressed, power is supplied to the left and right electric motors 14 and 15, respectively, in reverse polarity and the robot moves directly back. To make turns, either the left or right button is released, while the left or right electric motor is de-energized and the robot turns either left or right until the released button is pressed. Turns can be carried out both during forward and reverse. This mode can be used for an arbitrary trajectory, for example, when installing a transport robot on a reflective strip deposited on a reference plane in the direction of travel.

Исходное состояние при автоматическом управлении: транспортный робот установлен на светоотражающую полосу, нанесенную на опорной плоскости по направлению движения, выключатель питания 2 в выключенном состоянии, пакетный переключатель режимов «автомат - ручное управление» 3 в положении «автомат». В этом режиме пульт ручного управления 4 движением транспортного робота обесточен.Initial state during automatic control: the transport robot is mounted on a reflective strip deposited on the reference plane in the direction of travel, the power switch 2 is off, the packet mode switch is “automatic - manual control” 3 in the “automatic” position. In this mode, the manual remote control 4 movement of the transport robot is de-energized.

Пассажир садится на корпус 28 с сиденьем для пассажира, ставит ноги на подножки 27, включает выключатель питания 2, при этом загораются лампы накаливания 5, 6 и отраженный от светоотражающей полосы свет попадает на входы фототранзисторов 7, 8, с выходов которых сигналы попадают на соответствующие входы микросхемы 9 управления двумя электродвигателями. Соответствующие выходы микросхемы 9 управления двумя электродвигателями включают реле 10 и 11, контакты которых замыкаются и подают питание на электродвигатели 14 и 15 соответственно. Движение прямо продолжается до тех пор, пока транспортный робот движется по светоотражающей полосе, нанесенной на опорной плоскости. Если по какой-либо причине транспортный робот отклонился от светоотражающей полосы (например, изменилось направление светоотражающей полосы, транспортный робот отклонился из-за пробуксовки одного из колес) и на один из фототранзисторов 7 или 8 не попадает отраженный свет, фототранзистор 7 или 8 закрывается и соответствующий вход микросхемы 9 управления двумя электродвигателями и ее выход обесточиваются. При этом соответствующее реле 10 или 11 обесточивается и размыкает контакт 12 или 13, электродвигатель 14 или 15 обесточивается. При этом транспортный робот за счет другого электродвигателя начинает возврат на светоотражающую полосу. Как только на соответствующий фототранзистор 7 или 8 попадет отраженный свет, соответствующий (выключенный) электродвигатель 14 или 15 включается и начинается прямое движение. В конце светоотражающей полосы или при выключении питания выключателем питания 2, отключаются оба электродвигателя 14 и 15, транспортный робот останавливается.The passenger sits on the housing 28 with the passenger seat, puts his feet on the steps 27, turns on the power switch 2, and the incandescent lamps 5, 6 light up and the light reflected from the reflective strip enters the inputs of the phototransistors 7, 8, from the outputs of which the signals go to the corresponding the inputs of the chip 9 control two electric motors. The corresponding outputs of the microcircuit 9 for controlling two electric motors include relays 10 and 11, the contacts of which are closed and supply power to the electric motors 14 and 15, respectively. The movement continues straight ahead as long as the transport robot moves along the reflective strip deposited on the reference plane. If for any reason the transport robot deviates from the reflective strip (for example, the direction of the reflective strip changes, the transport robot deviates due to slipping of one of the wheels) and one of the phototransistors 7 or 8 does not get reflected light, the phototransistor 7 or 8 closes and the corresponding input of the chip 9 control two electric motors and its output is de-energized. In this case, the corresponding relay 10 or 11 is de-energized and opens contact 12 or 13, the motor 14 or 15 is de-energized. In this case, the transport robot, due to another electric motor, starts returning to the reflective strip. As soon as reflected light enters the corresponding phototransistor 7 or 8, the corresponding (off) motor 14 or 15 is turned on and direct movement begins. At the end of the reflective strip or when the power switch 2 turns off the power, both electric motors 14 and 15 are turned off, the transport robot stops.

Осуществление полезной модели.Implementation of a utility model.

Полезная модель реализована и испытана со следующими характеристиками:The utility model is implemented and tested with the following characteristics:

Грузоподъемность - до 100 кг.Carrying capacity - up to 100 kg.

Вес робота - 37 кг.The weight of the robot is 37 kg.

Габариты: высота - 600 мм, ширина - 450 мм, длина - 650 мм.Dimensions: height - 600 mm, width - 450 mm, length - 650 mm.

Общий вид экспериментальной модели транспортного робота представлен на фиг. 2 и фиг. 3, вид снизу - на фиг. 4, пример светоотражающей полосы - на фиг. 5, принципиальная электрическая схема - на фиг. 6.A general view of the experimental model of a transport robot is shown in FIG. 2 and FIG. 3, bottom view - in FIG. 4, an example of a reflective strip - in FIG. 5, a circuit diagram of FIG. 6.

В экспериментальной модели транспортного робота использована цепная передача от электродвигателей к колесам, в качестве источника питания использованы 2 аккумулятора и стабилизатор напряжения на микросхеме 78М05. Переключатель SA6 блока питания подключает либо 1, либо 2 аккумулятора к цепи питания транспортного робота.In the experimental model of the transport robot, a chain transmission from electric motors to wheels was used, 2 batteries and a voltage stabilizer on the 78M05 microcircuit were used as a power source. Power supply switch SA6 connects either 1 or 2 batteries to the power supply circuit of the transport robot.

Транспортный робот характеризуется высокой надежностью, конструктивно достаточно прост и технологичен.The transport robot is characterized by high reliability, structurally simple and technologically advanced.

Claims

A transport robot for transporting persons with reduced mobility, comprising a platform, two wheels on two wheel shafts and a third wheel on an axle mounted under the platform using three wheel forks, and a piano-type swivel fork, two an electric motor, a power source, a power switch, and as a navigation marker elements, a reflective strip deposited on a reference plane along the direction of travel of the vehicle is used Wow robot, characterized in that it additionally contains two incandescent lamps, two phototransistors, a control chip for two electric motors, two relays with normally open contacts, a hand control panel with four control buttons with a batch switch of driving modes "automatic-manual control", housing with seat for the passenger, steps and two handles, while the batch mode switch "automatic-manual control" is connected to the manual control, incandescent lamps and a phototransist ora, which are connected to the control circuit of two electric motors, connected to the windings of the mentioned relays, and the remote control is connected to electric motors.