RU222144U1

RU222144U1 - VIBRATION ROBOT WITH TWO FLYWHEELS AND AN UNBALANCED MOTOR IN A FRAME

Info

Publication number: RU222144U1
Application number: RU2023117445U
Authority: RU
Inventors: Михаил Андреевич Гарбуз; Андрей Петрович Голуб; Марат Закирджанович Досаев; Любовь Александровна Климина; Борис Яковлевич Локшин; Сергей Юрьевич Меснянкин; Виталий Александрович Самсонов; Юрий Дмитриевич Селюцкий; Екатерина Сергеевна Шалимова
Filing date: 2023-07-03
Publication date: 2023-12-12

Abstract

Полезная модель относится к самоходным транспортным средствам и может быть использована в качестве платформы для различных технических устройств, снабженных функцией перемещения, в том числе эксплуатируемых в условиях агрессивных сред, например, на дне искусственных водоемов, а также в экстремальных климатических условиях Арктики, пустынь или на других планетах. Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении возможности совершения вибророботом пространственного движения, включающего в себя как смещение устройства в продольном направлении, так и поворот вокруг его вертикальной оси в результате достижения нулевой нормальной реакции опорной поверхности. Заявленный технический результат достигается тем, что виброробот, включающий корпус, внутри которого на основании установлен дебалансный движитель, выполненный в виде однородного диска с асимметрично расположенной прорезью, а также блок управления, соединенный с источником питания виброробота, согласно заявляемому техническому решению, содержит два соединенных с приводными двигателями маховика, которые установлены в корпусе во взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях с возможностью вращения вокруг своих центров, вертикально ориентированную рамку, закрепленную к основанию корпуса с возможностью изменения ее угла наклона относительно вертикальной плоскости, при этом в плоскости рамки расположен диск дебалансного движителя, жестко сопряженного с рамкой. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. The utility model relates to self-propelled vehicles and can be used as a platform for various technical devices equipped with a movement function, including those operated in aggressive environments, for example, at the bottom of artificial reservoirs, as well as in extreme climatic conditions of the Arctic, deserts or on other planets. The technical result achieved when using the claimed utility model is to enable the vibration robot to perform spatial motion, which includes both displacement of the device in the longitudinal direction and rotation around its vertical axis as a result of achieving zero normal reaction of the supporting surface. The claimed technical result is achieved by the fact that a vibration robot, including a housing, inside of which an unbalanced mover is installed on the base, made in the form of a homogeneous disk with an asymmetrically located slot, as well as a control unit connected to the power source of the vibration robot, according to the claimed technical solution, contains two connected flywheel drive motors, which are installed in the housing in mutually perpendicular vertical planes with the possibility of rotation around their centers, a vertically oriented frame attached to the base of the housing with the possibility of changing its angle of inclination relative to the vertical plane, while in the plane of the frame there is a disk of an unbalanced propulsion unit, rigidly coupled with frame. 1 salary f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к самоходным транспортным средствам и может быть использована в качестве платформы для различных технических устройств, снабженных функцией перемещения, в том числе эксплуатируемых в условиях агрессивных сред, например, на дне искусственных водоемов, а также в экстремальных климатических условиях Арктики, пустынь или на других планетах. The utility model relates to self-propelled vehicles and can be used as a platform for various technical devices equipped with a movement function, including those operated in aggressive environments, for example, at the bottom of artificial reservoirs, as well as in extreme climatic conditions of the Arctic, deserts or on other planets.

Уровень техникиState of the art

Мобильные роботы, использующие вибрационный способ перемещения, дополняют традиционные транспортные устройства на колёсной или гусеничной тяге. В отличие от них такие роботы не требуют наличия внешних движущихся элементов и могут быть выполнены в виде закрытых капсул. Изолированность частей позволяет сделать вибророботы устойчивыми к агрессивному воздействию внешней среды. Это позволяет расширить круг задач, стоящих перед классом роботов в целом. Mobile robots using a vibration method of movement complement traditional wheeled or tracked transport devices. In contrast, such robots do not require external moving elements and can be made in the form of closed capsules. The insulation of parts makes it possible to make vibration robots resistant to aggressive environmental influences. This allows us to expand the range of tasks facing the class of robots as a whole.

Из уровня техники известны различные устройства, реализующие вибрационный способ перемещения. Известна модель вибрационного робота с одной подвижной внутренней массой RU69010U1. Корпус робота представляет собой полый цилиндр. Ускоренное перемещение массы обеспечивает качение цилиндра по шероховатой горизонтальной плоскости. Сущность данного решения заключается в том, что приведение в движение виброробота осуществляют при использовании в конструкции виброробота свободно закрепленной подвижной массы, которая представляет собой полый металлический цилиндр с возможностью свободного качения по поверхности плоской платформы-корпуса робота. Приведение в движение подвижной массы осуществляется линейным электроприводом, представляющим собой реверсивный двигатель постоянного тока с реечной передачей.Various devices are known from the prior art that implement a vibration method of movement. A known model of a vibration robot with one movable internal mass is RU69010U1. The robot body is a hollow cylinder. The accelerated movement of the mass ensures the rolling of the cylinder along a rough horizontal plane. The essence of this solution is that the vibration robot is set in motion using a freely fixed moving mass in the vibration robot design, which is a hollow metal cylinder with the ability to roll freely along the surface of the flat platform-robot body. The moving mass is driven by a linear electric drive, which is a reversible DC motor with a rack and pinion drive.

Аналогичный способ использован при реализации трёхзвенного виброробота для перемещения по трубопроводам в соответствии с патентом RU114022U1. Механизм состоит из двух электромагнитных катушек, установленных на корпусах соединительных узлов. Корпус транспортного узла содержит направляющие, вдоль которых перемещаются подвижные массы. Контакт устройства с внутренней поверхностью трубы обеспечивается посредством фрикционных элементов. A similar method was used to implement a three-link vibration robot for moving through pipelines in accordance with patent RU114022U1. The mechanism consists of two electromagnetic coils installed on the housings of the connecting nodes. The body of the transport unit contains guides along which the moving masses move. Contact of the device with the inner surface of the pipe is ensured by friction elements.

Ключевым недостатком вышеописанных роботов является их низкая манёвренность в результате возможности только продольного перемещения вдоль прямой, без возможности изменения направления движения, что, соответственно, ограничивает возможные области практического применения таких вибророботов.The key disadvantage of the robots described above is their low maneuverability as a result of the possibility of only longitudinal movement along a straight line, without the ability to change the direction of movement, which, accordingly, limits the possible areas of practical application of such vibration robots.

Из патента RU123754U1 известен мобильный вибрационный робот с корпусом в форме куба. Робот содержит четыре реверсивных двигателя, которые приводят в движение инерционные массы внутри корпуса. Каждый из четырёх двигателей размещён в центре боковых граней корпуса, что обеспечивает симметричное распределение масс. Робот способен перемещаться в продольном и боковом направлении, а также поворачивать на некоторый угол вокруг центра масс.From patent RU123754U1 a mobile vibration robot with a cube-shaped body is known. The robot contains four reversible motors that drive inertial masses inside the body. Each of the four engines is located in the center of the side faces of the body, which ensures a symmetrical mass distribution. The robot is capable of moving in the longitudinal and lateral directions, as well as turning at a certain angle around the center of mass.

Вышеприведенные решения характеризуются следующими недостатками: низкая степень манёвренности в результате возможности движения без изменения направления, а также отсутствие возможности отрыва корпуса от опорной поверхности для преодоления неровностей и последующего безударного приземления. The above solutions are characterized by the following disadvantages: a low degree of maneuverability as a result of the possibility of movement without changing direction, as well as the inability to lift the body from the supporting surface to overcome uneven surfaces and subsequent shockless landing.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является виброробот с дебалансным движителем и сбалансированным маховиком RU 203445 U1. Дебалансный движитель и маховик расположены в вертикальной плоскости. Управление элементами механизма позволяет вибророботу совершать прямолинейное движение в продольном направлении. The closest in technical essence to the claimed utility model is a vibration robot with an unbalanced mover and a balanced flywheel RU 203445 U1. The unbalance propulsion unit and the flywheel are located in a vertical plane. Control of the mechanism elements allows the vibration robot to perform linear movement in the longitudinal direction.

Ключевым недостатком данного устройства является его низкая маневренность в результате невозможности поворота корпуса вокруг вертикальной оси и, как следствие, возможности только прямолинейного движения.The key disadvantage of this device is its low maneuverability as a result of the inability to rotate the body around a vertical axis and, as a consequence, the possibility of only linear movement.

Таким образом, техническая проблема, решаемая посредством заявляемой полезной модели, заключается в необходимости преодоления недостатков, присущих аналогам и прототипу, за счет создания более маневренного виброробота. Thus, the technical problem solved by means of the claimed utility model lies in the need to overcome the disadvantages inherent in analogues and the prototype by creating a more maneuverable vibration robot.

Краткое раскрытие сущности полезной моделиBrief disclosure of the essence of the utility model

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении возможности совершения вибророботом пространственного движения, включающего в себя как смещение устройства в продольном направлении, так и поворот вокруг его вертикальной оси в результате достижения нулевой нормальной реакции опорной поверхности. The technical result achieved when using the claimed utility model is to enable the vibration robot to perform spatial motion, which includes both displacement of the device in the longitudinal direction and rotation around its vertical axis as a result of achieving zero normal reaction of the supporting surface.

Преимуществом полезной модели также является возможность управления ориентацией корпуса во время его отрыва от опорной поверхности. Известные устройства способны двигаться по плоскости с трением. Заявляемое устройство за счёт оптимального управления может совершать подскок на некоторую высоту и преодолевать препятствия, сохраняя горизонтальную ориентацию корпуса. An advantage of the utility model is also the ability to control the orientation of the housing during its separation from the supporting surface. Known devices are capable of moving along a plane with friction. Due to optimal control, the inventive device can jump to a certain height and overcome obstacles while maintaining the horizontal orientation of the body.

Заявленный технический результат достигается тем, что виброробот, включающий корпус, внутри которого на основании установлен дебалансный движитель, выполненный в виде однородного диска с асимметрично расположенной прорезью, а также блок управления, соединенный с источником питания виброробота, согласно заявляемому техническому решению, содержит два соединенных с приводными двигателями маховика, которые установлены в корпусе во взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях с возможностью вращения вокруг своих центров, вертикально ориентированную рамку, закрепленную к основанию корпуса с возможностью изменения ее угла наклона относительно вертикальной плоскости, при этом в плоскости рамки расположен диск дебалансного движителя, жестко сопряженного с рамкой. Двигатели, приводящие в движение маховики, снабжены датчиками угловой скорости, а двигатель, приводящий в движение дебалансный движитель, снабжен датчиком угловой скорости и положения дебалансного движителя. Внешняя поверхность основания корпуса выполнена плоской. Маховики имеют одинаковую массу, размеры и моменты инерции. При этом соотношение массы маховика и массы дебалансного движителя, а также момента инерции маховика и момента инерции дебалансного движителя может быть выбрано в диапазоне 0,5 - 2. Масса маховика и масса дебалансного движителя может составлять от 0,1 до 0,5 от массы корпуса каждая.The claimed technical result is achieved by the fact that a vibration robot, including a housing, inside of which an unbalanced mover is installed on the base, made in the form of a homogeneous disk with an asymmetrically located slot, as well as a control unit connected to the power source of the vibration robot, according to the claimed technical solution, contains two connected flywheel drive motors, which are installed in the housing in mutually perpendicular vertical planes with the possibility of rotation around their centers, a vertically oriented frame attached to the base of the housing with the possibility of changing its angle of inclination relative to the vertical plane, while in the plane of the frame there is a disk of an unbalanced propulsion unit, rigidly coupled with frame. The motors driving the flywheels are equipped with angular velocity sensors, and the motor driving the unbalanced propeller is equipped with an angular velocity and position sensor of the unbalanced propeller. The outer surface of the housing base is made flat. Flywheels have the same mass, dimensions and moments of inertia. In this case, the ratio of the mass of the flywheel and the mass of the unbalanced propulsion, as well as the moment of inertia of the flywheel and the moment of inertia of the unbalanced propulsion can be selected in the range of 0.5 - 2. The mass of the flywheel and the mass of the unbalanced propulsion can be from 0.1 to 0.5 of the mass of the body each.

Сбалансированные маховики предназначены для стабилизации горизонтального положения корпуса. Их двигатели оснащены датчиками угловой скорости, что позволяет организовать такое управление, которое компенсирует опрокидывающий момент, создаваемый дебалансным движителем. Оснащение двигателя, приводящего в движение дебалансный движитель, датчиком угловой скорости и положения дебалансного движителя позволяет с помощью блока управления выбирать режим его работы, необходимый для реализации движения корпуса робота с возможностью отрыва от поверхности, то есть такой режим, при котором угловая скорость дебалансного движителя обеспечивает нулевое значение нормальной реакции опоры.Balanced flywheels are designed to stabilize the horizontal position of the body. Their engines are equipped with angular velocity sensors, which makes it possible to organize control that compensates for the overturning moment created by the unbalanced propulsion unit. Equipping the engine that drives the unbalanced propulsion with a sensor for the angular velocity and position of the unbalanced propulsion allows, using the control unit, to select the mode of its operation necessary to implement the movement of the robot body with the possibility of lifting off the surface, that is, a mode in which the angular velocity of the unbalanced propulsion ensures zero value of normal ground reaction.

Максимальная эффективность устройства достигается при таком управлении двигателями дебалансного движителя и сбалансированных маховиков, при котором реализуется возможность движения корпуса виброробота с отрывом от поверхности с управлением ориентацией корпуса, а именно обеспечивается нулевая нормальная реакция опоры и нулевой суммарный кинетический момент всей системы.The maximum efficiency of the device is achieved with such control of the engines of the unbalanced propulsion unit and balanced flywheels, in which the possibility of moving the body of the vibration robot with separation from the surface with control of the orientation of the body is realized, namely, zero normal reaction of the support and zero total kinetic moment of the entire system are ensured.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Сущность заявляемой полезной модели поясняется следующими изображениями, где The essence of the claimed utility model is illustrated by the following images, where

на фиг. 1 схематично изображен общий вид заявляемого устройства, in fig. 1 schematically shows a general view of the proposed device,

на фиг.2 схематично представлен вид сверху на узлы устройства. Figure 2 schematically shows a top view of the device components.

Позициями на чертежах обозначены:Positions in the drawings indicate:

1) корпус виброробота,1) vibration robot body,

2) сбалансированный маховик А,2) balanced flywheel A,

3) ось вращения маховика А,3) axis of rotation of flywheel A,

4) датчик угловой скорости маховика А,4) flywheel angular velocity sensor A,

5) дебалансный движитель,5) unbalanced propulsion,

6) ось вращения дебалансного движителя,6) axis of rotation of the unbalanced propulsion unit,

7) датчик угловой скорости и положения дебалансного движителя,7) angular velocity and position sensor of the unbalanced propulsion device,

8) наклонная рамка,8) inclined frame,

9) блок управления,9) control unit,

10) сбалансированный маховик Б,10) balanced flywheel B,

11) ось вращения маховика Б,11) axis of rotation of flywheel B,

12) датчик угловой скорости маховика Б.12) flywheel angular velocity sensor B.

Осуществление полезной моделиImplementation of a utility model

Заявляемый виброробот относится к классу роботов, передвигающихся за счет механических колебаний движущего узла. Устройство включает корпус с плоским основанием 1. Корпус устройства может быть выполнен из любого доступного материала, например, из пластика. Внутри корпуса на основании установлены сбалансированные маховики 2 и 10, которые могут вращаться вокруг осей 3 и 11, соответственно. На маховиках 2 и 10 расположены датчики 4 и 12 угловой скорости маховиков 2, 10, соответственно. К основанию также закреплен дебалансный движитель 5, установленный с возможностью вращения в плоскости наклонной рамки 8 вокруг оси 6, и снабженный датчиком 7 угловой скорости и положения дебалансного движителя 5. Наклонная рамка представляет собой оправу, в плоскости которой расположен и вращается дебалансный движитель. Рамка установлена с возможностью изменения ее угла наклона относительно основания корпуса. Рамка обеспечивает отклонение плоскости дебалансного движителя от вертикального положения и, тем самым, обеспечивает возможность поворота устройства относительно вертикальной оси. Так, если дебалансный движитель вращается в вертикальной плоскости, то возможно только прямолинейное движение устройства, а в случае изменения угла наклона плоскости расположения дебалансного движителя в результате наклона рамки, сопряженной с движителем, удается достичь поворота устройства относительно вертикальной оси. Зависимость угла поворота устройства от угла наклона рамки нелинейная, она определяется посредством численных расчётов, где входными данными являются данные о габаритах, массе устройства, параметрах дебалансного движителя (размеры диска, величина и положение прорези) и маховиков и т.д. Сбалансированные маховики 2, 10 представляют собой однородные диски, установленные с возможностью вращения вокруг своих центров. В общем случае, маховики представляют собой твердые тела, оси вращения которых совпадают с одной из главных осей инерции и проходят через центр масс. Маховик 2 расположен внутри корпуса 1 таким образом, что плоскость его вращения совпадает с вертикальной плоскостью, проходящей через продольную ось корпуса. Дебалансный движитель 5 представляет собой диск с асимметричной прорезью, установленный в плоскости рамки 8 с возможностью вращения вокруг своего центра. В общем случае, движитель 5 представляет собой твердое тело, ось вращения которого не проходит через его центр масс. Прорезь в дебалансном движителе выполнена таким образом, что его центр масс смещен от оси вращения диска на расстояние от 0,2 до 0,8 радиуса диска дебалансного движителя. Чем больше смещение центра масс (т.е. чем большую площадь занимает прорезь), тем сильнее будет влияние движителя на перемещение и поворот корпуса устройства, обеспечиваемого влиянием управляющего момента, который создает двигатель. Слишком сильное смещение центра масс приведет к тому, что незначительные погрешности в формируемом моменте будут заметно влиять на смещение, что нежелательно. Рамка обеспечивает отклонение плоскости дебалансного движителя от вертикального положения и, тем самым, обеспечивает возможность поворота устройства относительно вертикальной оси. В заявляемом устройстве рамка 8 может быть отклонена от вертикальной плоскости на некоторый фиксированный угол до 90°. Это позволяет сформировать вертикальный кинетический момент, который используется для поворота корпуса 1. Чем больше угол наклона рамки относительно вертикальной плоскости, тем больше угол поворота виброробота. Фиксация рамки в определенном наклонном положении осуществляется при помощи стопорных винтов на оси рамки либо сервомотора. Маховик 10 установлен внутри корпуса 1, так что плоскость его вращения вертикальна. При этом ось вращения 11 перпендикулярна оси 3. То есть, маховики 2 и 12 расположены в перпендикулярных вертикальных плоскостях. Они могут быть выполнены, например, из металла или пластика. Двигатели (не показаны), приводящие в движение маховики 2, 10, жестко закреплены на внутренней поверхности основания корпуса 1, при этом маховики 2, 10 насажены на подвижные валы указанных двигателей. Двигатель (не показан), приводящий в движение дебалансный движитель 5, закреплён в плоскости наклонной рамки 8. Дуговыми стрелками (фиг.1) обозначены направления вращения маховиков 2, 10 и дебалансного движителя 5. Указанные элементы 2, 5, 12 снабжены, соответственно, датчиками угловой скорости 4, 12 и датчиком 7 угловой скорости и положения дебалансного движителя. Устройство также снабжено блоком управления 9, установленным на корпусе 1. Блок 9 регистрирует сигналы от датчиков 4, 7, 12 и с помощью встроенного контроллера обрабатывает регистрируемые данные и задает управляющий сигнал, который подается на двигатели, приводящие в движение сбалансированные маховики 2, 10 и дебалансный движитель 5. Передача сигнала от блока управления двигателям может быть выполнена проводным или беспроводным способом. Блок управления 9 в качестве источника питания содержит батарею, обеспечивающую автономность работы устройства. Предполагаемый расход энергии составляет 0,5 - 2 Дж на метр перемещения устройства.The claimed vibration robot belongs to the class of robots that move due to mechanical vibrations of the driving unit. The device includes a housing with a flat base 1. The device housing can be made of any available material, for example, plastic. Inside the housing, balanced flywheels 2 and 10 are installed on the base, which can rotate around axes 3 and 11, respectively. On flywheels 2 and 10 there are sensors 4 and 12 for the angular velocity of flywheels 2 and 10, respectively. An unbalanced mover 5 is also attached to the base, installed with the possibility of rotation in the plane of the inclined frame 8 around axis 6, and equipped with a sensor 7 for the angular velocity and position of the unbalanced mover 5. The inclined frame is a frame in the plane of which the unbalanced mover is located and rotates. The frame is installed with the possibility of changing its angle of inclination relative to the base of the housing. The frame ensures that the plane of the unbalanced propulsion device deviates from the vertical position and, thereby, provides the ability to rotate the device relative to the vertical axis. Thus, if the unbalanced mover rotates in a vertical plane, then only linear movement of the device is possible, and if the angle of inclination of the plane of the unbalanced mover is changed as a result of tilting the frame associated with the mover, it is possible to achieve rotation of the device relative to the vertical axis. The dependence of the angle of rotation of the device on the angle of inclination of the frame is nonlinear; it is determined through numerical calculations, where the input data is data on the dimensions, weight of the device, parameters of the unbalanced propulsion device (dimensions of the disk, size and position of the slot) and flywheels, etc. Balanced flywheels 2, 10 are homogeneous disks mounted with the ability to rotate around their centers. In general, flywheels are solid bodies whose axes of rotation coincide with one of the main axes of inertia and pass through the center of mass. The flywheel 2 is located inside the housing 1 in such a way that the plane of its rotation coincides with the vertical plane passing through the longitudinal axis of the housing. The unbalanced mover 5 is a disk with an asymmetric slot, installed in the plane of the frame 8 with the possibility of rotation around its center. In the general case, the mover 5 is a rigid body whose axis of rotation does not pass through its center of mass. The slot in the unbalanced propeller is made in such a way that its center of mass is shifted from the axis of rotation of the disk by a distance from 0.2 to 0.8 of the radius of the unbalanced propeller disk. The greater the displacement of the center of mass (i.e., the larger the area the slot occupies), the stronger the influence of the propulsion on the movement and rotation of the device body, provided by the influence of the control torque created by the engine. Too much displacement of the center of mass will lead to the fact that minor errors in the generated moment will noticeably affect the displacement, which is undesirable. The frame ensures that the plane of the unbalanced propulsion device deviates from the vertical position and, thereby, provides the ability to rotate the device relative to the vertical axis. In the inventive device, the frame 8 can be deviated from the vertical plane by a certain fixed angle of up to 90°. This allows the formation of a vertical kinetic moment, which is used to rotate the body 1. The greater the angle of inclination of the frame relative to the vertical plane, the greater the angle of rotation of the vibration robot. The frame is fixed in a certain inclined position using locking screws on the axis of the frame or a servomotor. The flywheel 10 is installed inside the housing 1, so that the plane of its rotation is vertical. In this case, the axis of rotation 11 is perpendicular to axis 3. That is, flywheels 2 and 12 are located in perpendicular vertical planes. They can be made, for example, of metal or plastic. Motors (not shown) driving flywheels 2, 10 are rigidly mounted on the inner surface of the base of housing 1, while flywheels 2, 10 are mounted on the movable shafts of these engines. The engine (not shown) driving the unbalanced propulsion device 5 is fixed in the plane of the inclined frame 8. Arc arrows (Fig. 1) indicate the directions of rotation of the flywheels 2, 10 and the unbalanced propulsion device 5. These elements 2, 5, 12 are equipped, respectively, angular velocity sensors 4, 12 and sensor 7 of angular velocity and position of the unbalanced propulsion unit. The device is also equipped with a control unit 9 installed on the housing 1. Unit 9 registers signals from sensors 4, 7, 12 and, using the built-in controller, processes the recorded data and sets a control signal that is supplied to the motors driving balanced flywheels 2, 10 and unbalanced propulsion unit 5. Signal transmission from the engine control unit can be performed wired or wirelessly. The control unit 9 contains a battery as a power source, ensuring autonomy of the device. The estimated energy consumption is 0.5 - 2 J per meter of movement of the device.

Предпочтительно такое расположение маховиков 2, 12, дебалансного движителя 5 и блока управления 9 в корпусе 1, при котором их центры масс расположены как можно ближе к основанию с целью снижения риска опрокидывания корпуса 1 в процессе движения. Для достижения максимальной эффективности предпочтительно, чтобы отношение массы маховиков 2, 10 к массе дебалансного движителя 5, а также моментов инерции маховиков 2, 10 к моменту инерции дебалансного движителя 5 находились в диапазоне 0,5 - 2. Кроме того, предпочтительно, чтобы массы маховиков 2, 10 и дебалансного движителя 5 составляли каждая от 0,1 до 0,5 от массы корпуса. Суммарный вес устройства влияет на его маневренность. Более тяжелое устройство имеет лучшие характеристики рабочего режима, однако выход на этот режим займет больший период времени и, соответственно, большие энергетические затраты.It is preferable to arrange the flywheels 2, 12, the unbalanced propulsion unit 5 and the control unit 9 in the housing 1 in such a way that their centers of mass are located as close as possible to the base in order to reduce the risk of the housing 1 tipping over during movement. To achieve maximum efficiency, it is preferable that the ratio of the mass of the flywheels 2, 10 to the mass of the unbalanced propulsion unit 5, as well as the moments of inertia of the flywheels 2, 10 to the moment of inertia of the unbalanced propulsion unit 5, are in the range of 0.5 - 2. In addition, it is preferable that the masses of the flywheels 2, 10 and unbalanced propulsion unit 5 were each from 0.1 to 0.5 of the mass of the body. The total weight of the device affects its maneuverability. A heavier device has better operating mode characteristics, but reaching this mode will take a longer period of time and, accordingly, greater energy costs.

Заявляемое устройство работает следующим образом. В исходном положении корпус 1 покоится на опорной поверхности. Рамку 8 отклоняют от вертикали на определенный угол и фиксируют в этом положении. Включают двигатель, приводящий в движение дебалансный движитель 5. Диск движителя начинает вращаться. При этом блок управления регистрирует показания датчика 7. Когда угловое ускорение дебалансного движителя 5, зарегистрированное датчиком, достигает значения, достаточного для преодоления трения между основанием корпуса 1 и неподвижной поверхностью перемещения, корпус виброробота начинает поворачиваться вокруг вертикали и одновременно скользить в направлении, противоположном проекции вектора скорости центра масс дебалансного движителя 5 на опорную поверхность. Таким образом, возможность смещения корпуса 1 достигается за счет смещения центра масс дебалансного движителя 5 в результате изменения наклона плоскости его расположения. При ненулевой угловой скорости дебалансного движителя 5 блок управления 9 посредством включения соответствующего двигателя задает вращение сбалансированных маховиков 2, 10, ускоряя их до тех пор, пока контроллер блока управления не зафиксирует на основании показаний датчиков угловых скоростей дебалансного движителя 5 и маховиков 2, 10 компенсацию вращательного момента, создаваемого дебалансным движителем 5, что препятствует отклонению корпуса от горизонтальной плоскости. Таким образом, корпус 1 перемещается вдоль опорной поверхности. Устройство в процессе движения сохраняет горизонтальное положение корпуса за счёт вращения двух маховиков, а результирующее движение устройства представляет собой комбинацию поворота устройства вокруг его вертикальной оси и его линейного смещения. В процессе движения возможно изменение угла наклона рамки, за счет чего обеспечивается регулировка величины угла поворота корпуса виброробота. Так, например, при отклонении рамки на 30 градусов угол поворота корпуса виброробота составит 90 градусов. При отклонении рамки на 10 градусов корпус осуществит поворот на 45 градусов.The inventive device operates as follows. In the initial position, the body 1 rests on the supporting surface. Frame 8 is tilted from the vertical to a certain angle and fixed in this position. The engine is turned on, driving the unbalanced propulsion device 5. The propulsion disk begins to rotate. In this case, the control unit records the readings of the sensor 7. When the angular acceleration of the unbalanced mover 5, recorded by the sensor, reaches a value sufficient to overcome the friction between the base of the housing 1 and the stationary surface of movement, the body of the vibration robot begins to rotate around the vertical and at the same time slide in the direction opposite to the projection of the vector speed of the center of mass of the unbalanced propulsion unit 5 onto the supporting surface. Thus, the possibility of shifting the housing 1 is achieved by shifting the center of mass of the unbalanced propulsion unit 5 as a result of changing the inclination of the plane of its location. When the angular speed of the unbalanced propulsion unit 5 is non-zero, the control unit 9, by turning on the corresponding engine, sets the rotation of the balanced flywheels 2, 10, accelerating them until the controller of the control unit fixes, based on the readings of the angular velocity sensors of the unbalanced propulsion unit 5 and flywheels 2, 10, rotational compensation moment created by the unbalanced mover 5, which prevents the body from deviating from the horizontal plane. Thus, the housing 1 moves along the supporting surface. During movement, the device maintains the horizontal position of the body due to the rotation of two flywheels, and the resulting movement of the device is a combination of rotation of the device around its vertical axis and its linear displacement. During movement, it is possible to change the angle of inclination of the frame, thereby adjusting the angle of rotation of the vibration robot body. So, for example, if the frame is deflected by 30 degrees, the rotation angle of the vibration robot body will be 90 degrees. When the frame is deflected by 10 degrees, the body will rotate by 45 degrees.

Пример конкретного выполненияExample of concrete implementation

Заявляемая полезная модель воплощена в опытном образце виброробота, имеющего корпус в форме треугольной призмы с основанием 15 см, высотой 35 см и шириной 15 см. В боковой стенке корпуса закреплены три идентичных двигателя (мощностью 5 Вт каждый), на валы которых насажены два однородных диска – маховики и один диск со смещённым распределением масс - дебалансный движитель. Диски имеют равный диаметр 10 см и массу около 0,2 кг. Дебалансный движетель установлен в прямоугольной наклонной рамке, которая может быть зафиксирована в неподвижном положении, будучи отклонённой от вертикали на некоторый установочный угол. При реализации опытного образца были зафиксированы углы наклона рамки относительно вертикальной плоскости в 10°, 30° и 45°. При этом, соответственно, зафиксирован поворот устройства на 45°, 90°, 130°. Датчики, закрепленные на двигателях, соединены с блоком управления посредством проводной связи. В качестве источника питания использована батарея (три батарейки типа ААА). При инициировании вращения дебалансного движителя удалось достичь режима, при котором корпус совершал плавное перемещение в продольном направлении со средней скоростью примерно 1,2 см/с без рывков и опрокидываний корпуса. Уголовая скорость корпуса составляла порядка 15°/сек при отклонении рамки на угол 5°.The claimed utility model is embodied in a prototype vibration robot having a body in the shape of a triangular prism with a base of 15 cm, a height of 35 cm and a width of 15 cm. Three identical motors (with a power of 5 W each) are mounted in the side wall of the body, on the shafts of which two homogeneous disks are mounted – flywheels and one disk with a shifted mass distribution - an unbalanced propulsion device. The disks have an equal diameter of 10 cm and a mass of about 0.2 kg. The unbalanced propulsion unit is installed in a rectangular inclined frame, which can be fixed in a stationary position, being tilted from the vertical by a certain installation angle. During the implementation of the prototype, the angles of inclination of the frame relative to the vertical plane were fixed at 10°, 30° and 45°. In this case, accordingly, the rotation of the device by 45°, 90°, 130° is recorded. Sensors mounted on the engines are connected to the control unit via wired communication. A battery (three AAA batteries) is used as a power source. When initiating the rotation of the unbalanced propulsion unit, it was possible to achieve a mode in which the body made smooth movement in the longitudinal direction at an average speed of approximately 1.2 cm/s without jerking or overturning of the body. The angular velocity of the body was about 15°/sec when the frame was deflected by an angle of 5°.

Полезная модель направлена на обеспечение возможности осуществления поворота корпуса вокруг вертикали.The utility model is aimed at providing the ability to rotate the housing around the vertical.

Claims

1. A vibration robot, including a housing, inside of which an unbalanced mover is installed on the base, made in the form of a homogeneous disk with an asymmetrically located slot, as well as a control unit connected to the power source of the vibration robot, characterized in that it contains two flywheels connected to drive motors, which installed in the housing in mutually perpendicular vertical planes with the possibility of rotation around their centers, a vertically oriented frame attached to the base of the housing with the possibility of changing its angle of inclination relative to the vertical plane, while in the plane of the frame there is a disk of an unbalance propulsion unit rigidly coupled with the frame.

2. The vibration robot according to claim 1, characterized in that the drive motors of the flywheels are equipped with angular velocity sensors, and the drive motor of the unbalanced propulsion unit is equipped with a sensor of angular velocity and position of the unbalanced propulsion unit.