RU216719U1

RU216719U1 - Mobile robotic platform with three-wheel transmission for cargo delivery

Info

Publication number: RU216719U1
Application number: RU2023101541U
Authority: RU
Inventors: Сергей Федорович Яцун; Екатерина Владимировна Савельева; Владимир Яковлевич Мищенко; Евгений Николаевич Политов
Filing date: 2023-01-25
Publication date: 2023-02-22

Abstract

Полезная модель относится к транспортному роботостроению, в частности к производству высокоманевренных самоходных роботизированных устройств, предназначенных для доставки полезных грузов в сложной производственной обстановке, а также для установки технологического оборудования, необходимого для выполнения заданной технологической операции. Технической задачей полезной модели является повышение маневренности при движении платформы в стесненных условиях, в том числе осуществление поворота на месте без проскальзывания, а также осуществление движения параллельно препятствию. Мобильная роботизированная платформа с трехколесной трансмиссией для доставки грузов содержит силовой каркас, на котором установлено два идентичных ведущих колесных модуля движения, имеющих общую вертикальную геометрическую ось, проходящую через выходные валы редукторов, при этом обеспечивается независимый поворот ведущих модулей движения относительно вертикальной оси. Каждый из модулей включает в себя поворотный электропривод, редуктор, кинематически связанный с горизонтальной полуосью ведущего колеса. На полуосях ведущих колес установлены электроприводы, вращающие каждое ведущее колесо, а также на силовом каркасе установлено одно рояльное колесо на стойке с выносом, неограниченно вращающееся вокруг опорной стойки. 1 ил.

The utility model relates to transport robotics, in particular to the production of highly maneuverable self-propelled robotic devices designed to deliver payloads in a difficult production environment, as well as to install technological equipment necessary to perform a given technological operation. The technical objective of the utility model is to increase the maneuverability when the platform moves in cramped conditions, including the implementation of turning on the spot without slipping, as well as the implementation of movement parallel to the obstacle. A mobile robotic platform with a three-wheeled transmission for cargo delivery contains a load-bearing frame on which two identical driving wheel motion modules are installed, having a common vertical geometric axis passing through the output shafts of the gearboxes, while independent rotation of the driving motion modules relative to the vertical axis is provided. Each of the modules includes a rotary electric drive, a gearbox kinematically connected to the horizontal semi-axis of the driving wheel. On the axle shafts of the driving wheels, electric drives are installed that rotate each driving wheel, and also on the power frame there is one piano wheel on a stand with a removal, which rotates without limit around the support stand. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к транспортному роботостроению, в частности к производству высокоманевренных самоходных роботизированных устройств, предназначенных для доставки полезных грузов в сложной производственной обстановке, а также для установки технологического оборудования, необходимого для выполнения заданной технологической операции. The utility model relates to transport robotics, in particular to the production of highly maneuverable self-propelled robotic devices designed to deliver payloads in a difficult production environment, as well as to install technological equipment necessary to perform a given technological operation.

Известен мобильный робот для обработки поверхностей крупногабаритных стационарных объектов, содержит платформу, установленную на транспортном средстве, манипулятор, выполненный в виде снабженных приводами и шарнирно соединенных между собой звеньев, на конечном из которых размещен рабочий орган. Манипулятор установлен на горизонтальной направляющей с шаговым двигателем перемещения, при этом горизонтальная направляющая закреплена на каретке, установленной на вертикальной колонне с возможностью перемещения при помощи зубчато-реечной мелкомодульной передачи и шагового двигателя, колонна жестко закреплена на платформе в центре масс транспортного средства. Привод движения транспортного средства выполнен в виде одного ведущего колеса, связанного через редуктор с шаговым двигателем. Робот снабжен четырьмя индивидуально управляемыми рулевыми машинками для изменения направления движения, обеспечивающими поворот колес, размещенных в углах транспортного средства так, что центр ведущего колеса находится на пересечении линий, соединяющих оси поворота указанных колес, при этом шаговые приводы перемещения робота и манипулятора выполнены с возможностью управления посредством контроллеров управления (Патент РФ на ПМ № 208 976 от 25.01.2022 г., бюл. №3).Known mobile robot for surface treatment of large stationary objects, contains a platform mounted on a vehicle, a manipulator made in the form of equipped with drives and pivotally connected links, on the final of which is placed the working body. The manipulator is mounted on a horizontal guide with a stepper displacement motor, while the horizontal guide is fixed on a carriage mounted on a vertical column with the possibility of movement using a rack and pinion fine-module transmission and a stepper motor, the column is rigidly fixed to the platform in the center of mass of the vehicle. The drive of the vehicle movement is made in the form of one driving wheel connected through a gearbox with a stepper motor. The robot is equipped with four individually controlled steering machines for changing the direction of movement, which ensure the rotation of the wheels located in the corners of the vehicle so that the center of the drive wheel is at the intersection of the lines connecting the axes of rotation of these wheels, while the step drives for moving the robot and the manipulator are made with the ability to control by means of control controllers (RF Patent for PM No. 208,976 dated January 25, 2022, bull. No. 3).

Недостатком предложенного устройства является малая маневренность - отсутствие возможности поворота на месте. Ведущее колесо осуществляет поворот и вращение. Пара ведомых колес имеет одну общую ось и осуществляет совместный поворот относительно центра вращения колесной пары. При реализации такой кинематической схемы в момент осуществления поворота, МЦС находится за пределами опорной плоскости платформы, - поворот на месте не осуществляется. Предложенная кинематическая схема прототипа не позволяет реализовать точное маневрирование и позиционирование робота относительно заданного объекта, в том числе объекта с криволинейной поверхностью. Разворот на 360° может быть осуществлен на площади, «не превышающей значительно габаритные размеры данного устройства». Кроме того, в рассматриваемой полезной модели отсутствует описание ограничения поворота ведомой колесной пары. Существует опасность параллельного расположения ведущего колеса и рояльной колесной пары при осуществлении поворота, что может привести к опрокидыванию предложенного устройства. The disadvantage of the proposed device is low maneuverability - the inability to turn on the spot. The drive wheel rotates and rotates. A pair of driven wheels has one common axis and performs a joint rotation relative to the center of rotation of the wheel pair. When implementing such a kinematic scheme at the time of the turn, the MCC is outside the reference plane of the platform, - the turn on the spot is not carried out. The proposed kinematic scheme of the prototype does not allow precise maneuvering and positioning of the robot relative to a given object, including an object with a curved surface. A 360° turn can be carried out over an area "not significantly exceeding the overall dimensions of this device." In addition, in the utility model under consideration, there is no description of the limitation of rotation of the driven wheelset. There is a risk of parallel arrangement of the driving wheel and the piano wheelset when turning, which can lead to the overturning of the proposed device.

Техническая задача полезной модели - повышение маневренности при движении платформы в стесненных условиях, в том числе осуществление поворота на месте без проскальзывания, а также осуществление движения параллельно препятствию.The technical task of the utility model is to increase the maneuverability when the platform moves in cramped conditions, including the implementation of a turn in place without slipping, as well as the implementation of movement parallel to an obstacle.

Поставленная задача решается тем, что мобильная роботизированная платформа с трехколесной трансмиссией для доставки грузов, выполненная в виде силового каркаса, на котором установлено одно рояльное колесо на стойке с выносом, неограниченно вращающееся вокруг опорной стойки, и два идентичных ведущих колесных модуля движения, соосных по вертикальной оси, проходящей через выходные валы редукторов и имеющих возможность независимого поворота относительно этой оси, каждый из которых состоит из вертикальной стойки, содержащей вертикально размещенный привод вращения и редуктор, вращающий в горизонтальной плоскости полуось ведущего колеса, на которой установлен электропривод вращения ведущего колеса.The problem is solved by the fact that a mobile robotic platform with a three-wheeled transmission for the delivery of goods, made in the form of a load-bearing frame, on which one piano wheel is installed on a rack with a removal, unlimitedly rotating around the support rack, and two identical driving wheel movement modules, coaxial along the vertical an axis passing through the output shafts of the gearboxes and having the possibility of independent rotation about this axis, each of which consists of a vertical rack containing a vertically placed rotation drive and a gearbox rotating in the horizontal plane the semi-axle of the drive wheel, on which the drive wheel rotation electric drive is installed.

Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение технической задачи полезной модели - повышение маневренности при движении платформы в стесненных условиях, в том числе осуществление поворота на месте без проскальзывания, а также осуществление движения параллельно препятствию.The combination of the claimed features ensures the achievement of the technical task of the utility model - increasing the maneuverability when the platform moves in cramped conditions, including the implementation of turning in place without slipping, as well as the implementation of movement parallel to the obstacle.

На фиг. 1. изображена структурная схема мобильной роботизированной платформы с трехколесной трансмиссией для доставки грузов, которая содержит силовой каркас 1, на котором установлено два идентичных ведущих колесных модуля движения, имеющих общую вертикальную геометрическую ось 2, проходящую через выходные валы редукторов 13, 14, при этом обеспечивается независимый поворот ведущих модулей движения относительно вертикальной оси 2. Каждый из модулей включает в себя поворотный электропривод 9, 10, редуктор 13, 14, кинематически связанный с горизонтальной полуосью ведущего колеса 3, 4. На полуосях 3,4 ведущих колес 5, 6 установлены электроприводы 11, 12, вращающие каждое ведущее колесо 5, 6 соответственно, а так же на силовом каркасе 1 установлено одно рояльное колесо 7 на стойке 8 с выносом, неограниченно вращающееся вокруг опорной стойки 8. In FIG. 1. shows a block diagram of a mobile robotic platform with a three-wheeled transmission for the delivery of goods, which contains a power frame 1, on which two identical leading wheel motion modules are installed, having a common vertical geometric axis 2 passing through the output shafts of the gearboxes 13, 14, while providing independent rotation of the leading movement modules relative to the vertical axis 2. Each of the modules includes a rotary electric drive 9, 10, a gearbox 13, 14, kinematically connected to the horizontal semi-axis of the driving wheel 3, 4. Electric drives are installed on the semi-axes 3,4 of the driving wheels 5, 6 11, 12, rotating each drive wheel 5, 6, respectively, as well as on the load-bearing frame 1, one piano wheel 7 is installed on the rack 8 with the removal, unlimitedly rotating around the support rack 8.

Мобильная роботизированная платформа с трехколесной трансмиссией для доставки грузов работает следующим образом. Ведущие колесные модули осуществляют независимый поворот относительно общей вертикальной оси 2 посредством электродвигателей 9 и 10, передающих вращение на полуоси 3 и 4 посредством редукторов 13 и 14. Вращение колес 5 и 6 осуществляется с помощью электродвигателей 11 и 12, установленных на полуоси 3 и 4 ведущих колес 5 и 6. Рояльное колесо 7 свободно вращается вокруг опорной стойки 8 и вокруг своей оси. Mobile robotic platform with a three-wheel transmission for the delivery of goods operates as follows. Leading wheel modules carry out independent rotation relative to the common vertical axis 2 by means of electric motors 9 and 10, which transmit rotation to half shafts 3 and 4 through gearboxes 13 and 14. Wheels 5 and 6 are rotated by electric motors 11 and 12 installed on half shafts 3 and 4 wheels 5 and 6. The piano wheel 7 rotates freely around the support post 8 and around its own axis.

При реализации прямолинейного движения, полуоси 3 и 4 расположены в горизонтальной плоскости под углом 180° друг к другу, колеса 5 и 6 вращаются в одном направлении с одинаковой угловой скоростью. Траектория движения колеса 7 параллельна траекториям ведущих колес 5 и 6. При выполнении поворота меняется относительный угол поворота ведущих модулей относительно силового каркаса 1, причем полуоси 3 и 4 могут быть расположены под углом 180° друг к другу, реализуя схему поворота колесной пары относительно общей вертикальной стойки 2, а так же под любым произвольным углом по отношению друг к другу, что позволяет регулировать положение мгновенного центра вращения и совмещать его проекцию с проекцией центра масс мобильной роботизированной платформы, что в свою очередь приводит к сокращению сил инерции в момент поворота платформы, что является особенно важным при перевозке крупногабаритных грузов и навесного оборудования высокой массы. When realizing rectilinear motion, half shafts 3 and 4 are located in a horizontal plane at an angle of 180° to each other, wheels 5 and 6 rotate in the same direction with the same angular velocity. The trajectory of the wheel 7 is parallel to the trajectories of the driving wheels 5 and 6. When turning, the relative angle of rotation of the leading modules relative to the load-bearing frame 1 changes, and the axle shafts 3 and 4 can be located at an angle of 180° to each other, realizing the scheme of rotation of the wheel pair relative to the common vertical rack 2, as well as at any arbitrary angle relative to each other, which allows you to adjust the position of the instantaneous center of rotation and combine its projection with the projection of the center of mass of the mobile robotic platform, which in turn leads to a reduction in inertia forces at the moment of rotation of the platform, which is especially important when transporting oversized cargo and heavy attachments.

Вращение колесных дисков 5 и 6 в режиме поворота может осуществляться независимо: в этом случае направление вращения ведущих колес 5 и 6 и их угловая скорость вращения различаются. Поворот платформы «на месте» осуществляется вокруг точки - проекции общей вертикальной оси 2 на горизонтальную плоскость. The rotation of the wheel disks 5 and 6 in the turn mode can be carried out independently: in this case, the direction of rotation of the drive wheels 5 and 6 and their angular speed of rotation are different. The rotation of the platform "on the spot" is carried out around the point - the projection of the common vertical axis 2 on the horizontal plane.

При реализации такой кинематической схемы в момент осуществления поворота, мгновенный центр скоростей (МЦС) находится в пределах опорной плоскости платформы, - осуществляется поворот на месте. Предложенная кинематическая схема позволяет реализовать точное маневрирование и позиционирование робота относительно заданного объекта, в том числе объекта с криволинейной поверхностью. Разворот на 360° может быть осуществлен в пределах габаритных размеров предложенного устройства. Кроме того, предложенная кинематическая организация позволяет при необходимости осуществлять параллельное движение платформы относительно препятствия.When implementing such a kinematic scheme at the time of the turn, the instantaneous center of velocities (MCS) is within the reference plane of the platform, - the turn is carried out on the spot. The proposed kinematic scheme allows for precise maneuvering and positioning of the robot relative to a given object, including an object with a curved surface. A 360° turn can be carried out within the overall dimensions of the proposed device. In addition, the proposed kinematic organization allows, if necessary, parallel movement of the platform relative to the obstacle.

При наличии достаточного пространства для выполнения поворота, горизонтальные полуоси 3 и 4 могут оставаться соосными, при этом, ведущие модули движения образуют классическую колесную пару, поворот которой в выбранном направлении осуществляется с помощью электроприводов 9 и 10, расположенных на вертикальной оси 2. При этом электроприводы 11 и 12, установленные на горизонтальных полуосях 3 и 4, могут задавать различную угловую скорость и направление вращения ведущим колесам 5 и 6. При этом осуществляется поворот мобильной роботизированной платформы с заданным радиусом относительно МЦС, а само положение МЦС находится за пределами опорной плоскости платформы. В случае, если угловые скорости вращения колес 5 и 6 совпадают по модулю и имеют противоположные направления, центр вращения находится в точке проекции вертикальной оси 2 на опорную плоскость, - таким образом, реализуется частный случай поворота на месте. If there is enough space to perform a turn, the horizontal axle shafts 3 and 4 can remain coaxial, while the driving modules form a classic wheelset, the rotation of which in the selected direction is carried out using electric drives 9 and 10 located on the vertical axis 2. In this case, the electric drives 11 and 12, installed on the horizontal semi-axes 3 and 4, can set different angular speed and direction of rotation to the drive wheels 5 and 6. In this case, the mobile robotic platform rotates with a given radius relative to the MCS, and the position of the MCS itself is outside the platform reference plane. If the angular speeds of rotation of the wheels 5 and 6 coincide in absolute value and have opposite directions, the center of rotation is located at the projection point of the vertical axis 2 on the reference plane - thus, a special case of turning in place is realized.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить маневренность при движении в стесненных условиях, реализовать движение параллельно препятствию, что тем самым снижает аварийность при транспортировке грузов, в свою очередь, повышая функциональность использования мобильной роботизированной платформы. The use of the proposed device makes it possible to increase maneuverability when moving in cramped conditions, to realize movement parallel to an obstacle, which thereby reduces the accident rate when transporting goods, in turn, increasing the functionality of using a mobile robotic platform.

Claims

A mobile robotic platform with a three-wheeled transmission for delivering goods, characterized in that it is made in the form of a load-bearing frame, on which one piano wheel is installed on a rack with an extension, rotating indefinitely around the support rack, and two identical driving wheel motion modules coaxial along the vertical axis, passing through the output shafts of the gearboxes, and having the possibility of independent rotation about this axis, each of which consists of a vertical rack containing a vertically placed rotation drive and a gearbox rotating in the horizontal plane the semi-axle of the drive wheel, on which the drive wheel rotation electric drive is installed.