RU2333862C1 - Single-axle wheel-mounted vehicle - Google Patents
Single-axle wheel-mounted vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2333862C1 RU2333862C1 RU2007101483/11A RU2007101483A RU2333862C1 RU 2333862 C1 RU2333862 C1 RU 2333862C1 RU 2007101483/11 A RU2007101483/11 A RU 2007101483/11A RU 2007101483 A RU2007101483 A RU 2007101483A RU 2333862 C1 RU2333862 C1 RU 2333862C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotation
- inner frame
- axis
- wheelset
- wheels
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Motorcycle And Bicycle Frame (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к высокомобильным транспортным средствам и может быть использовано для автоматизированного перемещения по заданной и/или управляемой траектории грузов, комплексов, например, роботов, применяемых, в частности в военных и антитеррористических целях, а также может быть использовано в производственных и в технологических целях в различных отраслях промышленности.The invention relates to highly mobile vehicles and can be used for automated movement along a given and / or controlled trajectory of goods, complexes, for example, robots, used, in particular, for military and anti-terrorism purposes, and can also be used for production and technological purposes in various industries.
Особенностью известных в уровне техники одноосных колесных транспортных средств является высокая мобильность, что обусловлено наличием только одной пары соосных колес, обеспечивающей возможность мобильных разворотов за счет придания колесам разных по величине и знаку угловых скоростей вращения. В частности, если угловые скорости колес равны и противоположны по направлению, то осуществляется разворот транспортного средства на месте. Другая особенность одноосных колесных транспортных средств заключается в наличии угловой степени свободы ее несущей платформы относительно оси колесной пары. Это обеспечивает возможность управления угловым положением несущей платформы вокруг оси колесной пары, в частности стабилизацию ее в плоскости горизонта. Указанные обстоятельства предопределяют высокую эффективность таких транспортных средств в решении широкого круга практических задач, связанных с транспортировкой и угловой ориентацией транспортируемых средств, например грузов, комплексов.A feature of the uniaxial wheeled vehicles known in the prior art is their high mobility, which is due to the presence of only one pair of coaxial wheels, which makes it possible for mobile turns due to giving the wheels angular rotations of different magnitude and sign. In particular, if the angular speeds of the wheels are equal and opposite in direction, then the vehicle is turned on the spot. Another feature of uniaxial wheeled vehicles is the presence of an angular degree of freedom of its carrier platform relative to the axis of the wheelset. This provides the ability to control the angular position of the supporting platform around the axis of the wheelset, in particular its stabilization in the horizontal plane. These circumstances predetermine the high efficiency of such vehicles in solving a wide range of practical problems related to the transportation and angular orientation of transported vehicles, for example, cargo, complexes.
В уровне техники известно одноосное колесное транспортное средство с инерционным и гравитационным управлением и стабилизацией углового положения ее несущей платформы относительно плоскости горизонта, описанное в статье А.Б.Дибина «Математическое моделирование динамика одноосных мехатронных транспортных средства, «Мехатроника, Автоматизация, Управление», Труды Первой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, г.Владимир, Владимирский государственный университет, 28-30 июня 2004 г. Это известное одноосное колесное транспортное средство содержит колесную пару с осью, несущую платформу, расположенную на колесной паре так, что ее центр масс находится над осью колесной пары, расположенные на несущей платформе два приводных двигателя колес, механизм смещения центра масс несущей платформы вдоль ее продольной оси, включающий балансировочный груз и перемещающий его балансировочный двигатель, измерительную систему ориентации и навигации, соединенную через блок управления с соответствующими обмотками управления приводных и балансировочного двигателей. В этом известном одноосном колесном транспортном средстве обеспечивается возможность управления угловой ориентацией несущей платформы относительно плоскости горизонта только вокруг оси колесной пары в узком диапазоне углов (порядка ±30°). Это обеспечивается изменением скорости его поступательного перемещения, что порождает силы инерции и моменты сил инерции, приложенные к несущей платформе, вокруг оси колесной пары, и одновременным смещением балансировочного груза от оси колесной пары вдоль продольной оси несущей платформы. Последующим разворотом транспортного средства вокруг вертикальной оси (путем придания колесам разных угловых скоростей вращения) осуществляется угловое отклонение платформы в указанном узком диапазоне вокруг любой оси в плоскости горизонта, совпадающей в текущий момент с осью колесной пары. При этом имеют место нестабильность скорости перемещения транспортного средства и необходимость его обязательного углового разворота вокруг вертикальной оси при управлении угловым положением несущей платформы вокруг горизонтальной оси, не совпадающей с осью колесной пары. Точность управления угловой ориентацией несущей платформы относительно плоскости горизонта при этом невелика, поскольку несущая платформа подвержена воздействию некомпенсируемых возмущений за счет неровностей рабочей поверхности в направлении оси колесной пары, а также воздействию возмущающих моментов сил инерции вокруг оси колесной пары, которые возникают при всяком изменении скорости, не связанным с управлением угловой ориентацией несущей платформы относительно плоскости горизонта, и малоэффективно парируются моментами силы тяжести, создаваемыми балансировочным грузом.In the prior art, a uniaxial wheeled vehicle with inertial and gravitational control and stabilization of the angular position of its carrier platform relative to the horizon plane is described, described in the article by AB Dibin "Mathematical modeling of the dynamics of uniaxial mechatronic vehicles," Mechatronics, Automation, Control ", Transactions The First All-Russian Scientific and Technical Conference with International Participation, Vladimir, Vladimir State University, June 28-30, 2004. This is a well-known uniaxial the forest vehicle contains a wheel pair with an axis, a bearing platform located on the wheel pair so that its center of mass is located on the wheel pair axis, two drive motors of wheels located on the bearing platform, a mechanism for shifting the center of mass of the bearing platform along its longitudinal axis, including a balancing the load and the balancing motor moving it, a measuring orientation and navigation system connected through the control unit to the corresponding control windings of the drive and balancing motors ateliers. In this known uniaxial wheeled vehicle, it is possible to control the angular orientation of the carrier platform relative to the horizon plane only around the axis of the wheelset in a narrow range of angles (of the order of ± 30 °). This is ensured by a change in the speed of its translational movement, which gives rise to inertia forces and moments of inertia applied to the supporting platform around the axis of the wheel pair, and at the same time, the balancing load is displaced from the axis of the wheel pair along the longitudinal axis of the supporting platform. Subsequent turning of the vehicle around the vertical axis (by giving the wheels different angular speeds of rotation) is the angular deviation of the platform in the specified narrow range around any axis in the horizontal plane that currently coincides with the axis of the wheelset. In this case, there is instability of the vehicle moving speed and the need for its mandatory angular rotation around the vertical axis when controlling the angular position of the supporting platform around the horizontal axis that does not coincide with the axis of the wheelset. In this case, the accuracy of controlling the angular orientation of the carrier platform relative to the horizon plane is small, since the carrier platform is exposed to uncompensated perturbations due to irregularities of the working surface in the direction of the wheel pair axis, as well as to the disturbing moments of inertia around the wheel pair axis that occur with any change in speed, unrelated to controlling the angular orientation of the supporting platform relative to the horizon plane, and are ineffectively counteracted by the moments of force t sheet created by the load balancer.
В уровне техники известны также одноосные колесные транспортные средства, описанные, например, в патенте JP 5213240 А, опубл. 24.08.1993; в заявке US 2004/0040756 А1, опубл. 04.03.2004; в патенте US 3844225 А, опубл. 29.10.1974; в заявке WO 9623478 А, опубл. 08.08.1996, которые для стабилизации несущей платформы снабжены гироскопами. Однако во всех этих колесных транспортных средствах гироскоп используется либо как измеритель угла ориентации несущей платформы вокруг оси колесной пары, либо в режиме стабилизации как непосредственный стабилизатор, осуществляющий компенсацию возмущающих моментов гироскопическим моментом вокруг оси колесной пары. В режиме управления в этих колесных транспортных средствах гироскоп используется для управления угловым положением платформы также только вокруг оси колесной пары. При этом непосредственная гироскопическая стабилизация не обеспечивает надежную и высокоточную стабилизацию несущей платформы, особенно в условиях длительного маневрирования. Кроме того, в таких известных колесных транспортных средствах не осуществляются стабилизация и управление угловой ориентацией несущей платформы одновременно вокруг оси колесной пары и вокруг продольной оси.Uniaxial wheeled vehicles are also known in the art, as described, for example, in JP 5213240 A, publ. 08/24/1993; in the application US 2004/0040756 A1, publ. March 4, 2004; US Pat. No. 3,844,225 A, publ. 10/29/1974; in the application WO 9623478 A, publ. 08/08/1996, which are equipped with gyroscopes to stabilize the carrier platform. However, in all these wheeled vehicles, the gyroscope is used either as a measure of the angle of orientation of the carrier platform around the axis of the wheelset, or in stabilization mode as a direct stabilizer that compensates disturbing moments with the gyroscopic moment around the axis of the wheelset. In the control mode in these wheeled vehicles, the gyroscope is used to control the angular position of the platform also only around the axis of the wheelset. At the same time, direct gyroscopic stabilization does not provide reliable and high-precision stabilization of the supporting platform, especially in conditions of prolonged maneuvering. In addition, in such known wheeled vehicles, stabilization and control of the angular orientation of the carrier platform simultaneously around the axis of the wheelset and around the longitudinal axis are not carried out.
Таким образом, можно сделать вывод, что все эти известные в уровне техники одноосные колесные транспортные средства не обеспечивают высокий уровень надежности и точности стабилизации несущей платформы.Thus, we can conclude that all of these known in the prior art uniaxial wheeled vehicles do not provide a high level of reliability and accuracy of stabilization of the supporting platform.
Изобретение направлено на повышение надежности и точности стабилизации несущей платформы при расширении диапазона ее угловых перемещений.The invention is aimed at improving the reliability and accuracy of stabilization of the supporting platform while expanding the range of its angular displacements.
Этот технический результат обеспечивается за счет того, что одноосное колесное транспортное средство содержит колесную пару, установленную с возможностью вращения посредством приводных двигателей на двух соосных полуосях, размещенных на внешней раме, с которой с возможностью поворота посредством других двух соосных полуосей связана внутренняя рама, причем одна из этих полуосей связана с двигателем стабилизации внутренней рамы, размещенным на внешней раме, а пара полуосей вращения колес колесной пары и пара полуосей поворота внутренней рамы ортогональны друг другу и размещены в одной плоскости. На внутренней раме жестко закреплена несущая платформа, предназначенная для размещения на ней транспортируемого груза и маховика, таким образом, что центр масс несущей платформы находится над полуосями вращения колес колесной пары. Кроме того, на внутренней раме размещены два двухстепенных гироскопа и балансировочный груз таким образом, что их центры масс располагаются в общей плоскости размещения полуосей вращения колес колесной пары и полуосей поворота внутренней рамы. Балансировочный груз размещен с возможностью перемещения вдоль оси, перпендикулярной полуосям вращения колес колесной пары, посредством балансировочного двигателя, закрепленного на внутренней раме. Первый двухстепенной гироскоп снабжен датчиками угла прецессии и момента на оси прецессии. Кинетический момент первого двухстепенного гироскопа нормален общей плоскости размещения полуосей вращения колес колесной пары и полуосей поворота внутренней рамы. Ось прецессии первого двухстепенного гироскопа перпендикулярна полуосям вращения колес колесной пары, а выход датчика угла прецессии первого гироскопа соединен через блок управления с балансировочным двигателем, закрепленным на внутренней раме. Второй двухстепенной гироскоп также снабжен датчиками угла прецессии и момента на оси прецессии, его кинетический момент нормален плоскости, в которой размещены полуоси вращения колес колесной пары и полуоси поворота внутренней рамы. Ось прецессии второго двухстепенного гироскопа параллельна полуосям вращения колес колесной пары, а выход датчика угла прецессии второго двухстепенного гироскопа соединен через блок управления с двигателем стабилизации внутренней рамы. Маховик, размещенный на несущей платформе, выполнен в виде двигателя, ось вращения которого параллельна полуосям вращения колес колесной пары, причем этот двигатель подсоединен к выходу блока управления, а приращение скорости и вращения маховика связано с приращением скорости одноосного колесного транспортного средства соотношениемThis technical result is achieved due to the fact that the uniaxial wheeled vehicle contains a pair of wheels mounted for rotation by means of drive motors on two coaxial axles located on an external frame, to which an inner frame is connected to rotate by means of the other two axial axles, one of these half shafts is connected with the stabilization engine of the inner frame placed on the outer frame, and a pair of half shafts of rotation of the wheels of the wheelset and a pair of half shafts of rotation of the inner her frames are orthogonal to each other and placed in the same plane. A carrier platform is rigidly fixed on the inner frame, designed to accommodate the transported cargo and the flywheel, so that the center of mass of the carrier platform is located above the axles of rotation of the wheelset wheels. In addition, two two-stage gyroscopes and a balancing weight are placed on the inner frame in such a way that their centers of mass are located in the common plane of the placement of the axles of rotation of the wheels of the wheelset and the axles of rotation of the inner frame. The balancing weight is placed with the possibility of movement along an axis perpendicular to the half-axes of rotation of the wheels of the wheelset by means of a balancing engine mounted on the inner frame. The first two-stage gyroscope is equipped with sensors for the angle of precession and moment on the axis of the precession. The kinetic moment of the first two-stage gyroscope is normal to the general plane of placement of the half-axis of rotation of the wheels of the wheelset and the half-axis of rotation of the inner frame. The precession axis of the first two-stage gyroscope is perpendicular to the semi-axes of rotation of the wheelset wheels, and the output of the precession angle sensor of the first gyroscope is connected through the control unit to a balancing engine mounted on the inner frame. The second two-stage gyroscope is also equipped with sensors for the angle of precession and moment on the axis of the precession; its kinetic moment is normal to the plane in which the half-axis of rotation of the wheels of the wheelset and the half-axis of rotation of the inner frame are located. The precession axis of the second two-stage gyroscope is parallel to the half-axes of rotation of the wheelset wheels, and the output of the precession angle sensor of the second two-stage gyroscope is connected through the control unit to the stabilization engine of the inner frame. The flywheel, mounted on a carrier platform, is made in the form of an engine, the axis of rotation of which is parallel to the axles of rotation of the wheelset wheels, and this engine is connected to the output of the control unit, and the increment of speed and rotation of the flywheel is associated with the increment of speed single axle wheeled vehicle ratio
где m - суммарная масса системы тел, состоящей из несущей платформы, транспортируемого груза и маховика; l - кратчайшее расстояние от оси колес до центра масс системы тел, состоящей из несущей платформы, транспортируемого груза и маховика; J - момент инерции маховика относительно оси его вращения.where m is the total mass of the system of bodies consisting of a supporting platform, transported cargo and a flywheel; l is the shortest distance from the axis of the wheels to the center of mass of the system of bodies consisting of a supporting platform, transported cargo and a flywheel; J is the moment of inertia of the flywheel relative to the axis of its rotation.
Для более четкого выражения сущности изобретения его формула составлена без учета отмеченных выше аналогов, что не противоречит требованиям пункта 3.3.2.3 (1) действующей редакции Правил составления, подачи и рассмотрения заявок на выдачу патента на изобретение.For a clearer expression of the essence of the invention, its formula is drawn up without taking into account the analogues noted above, which does not contradict the requirements of clause 3.3.2.3 (1) of the current version of the Rules for compiling, filing and considering applications for the grant of a patent for an invention.
Изобретение поясняется с помощью графических материалов, где на фиг.1 дано схематическое изображение одноосного колесного транспортного средства, на фиг.2 схематически показана связь систем координат с одноосным колесным транспортным средством, на фиг.3 схематически показано взаимное расположение внешней и внутренней рам с расположением на внутренней раме двухстепенных гироскопов и связанных с ними систем координат, на фиг.4 показана схема расположения гироскопов и подачи сигналов в режимах стабилизации и управления ориентацией несущей платформы.The invention is illustrated using graphic materials, in which Fig. 1 shows a schematic representation of a uniaxial wheeled vehicle, Fig. 2 schematically shows the relationship of coordinate systems with a uniaxial wheeled vehicle, and Fig. 3 schematically shows the relative position of the outer and inner frames with an arrangement on the internal frame of two-stage gyroscopes and associated coordinate systems, figure 4 shows the layout of the gyroscopes and the supply of signals in stabilization modes and control the orientation of the bearing her platform.
Как показано на графических материалах, одноосное колесное транспортное средство содержит колесную пару 1, установленную с возможностью вращения посредством приводных двигателей 2 на двух соосных полуосях 3. Далее по тексту совмещенные полуоси вращения колес колесной пары 1 рассматриваются как ось вращения колес одноосного колесного транспортного средства. Полуоси 3 размещены на внешней раме 4, с которой с возможностью поворота посредством других двух соосных полуосей 5 связана внутренняя рама 6. Соосные полуоси 5 поворота внутренней рамы 6 определяют и далее по тексту рассматриваются как продольная ось одноосного колесного транспортного средства. Одна из полуосей 5 связана с двигателем 7 стабилизации внутренней рамы 6, который размещен на внешней раме 4. Пара полуосей 3 вращения колес колесной пары 1 и пара полуосей 5 поворота внутренней рамы 6 ортогональны друг другу и размещены в одной плоскости. На внутренней раме 6 жестко закреплена несущая платформа 8, предназначенная для размещения на ней транспортируемого груза (не показано) и маховика 9. Центр масс несущей платформы 8 при этом находится над полуосями 3 вращения колес колесной пары 1. На внутренней раме 6 размещены два двухстепенных гироскопа 10, 11 и балансировочный груз 12 таким образом, чтобы их центры масс располагались в общей плоскости размещения полуосей 3 вращения колес колесной пары 1 и полуосей 5 поворота внутренней рамы 6. Балансировочный груз 12 размещен с возможностью перемещения вдоль оси, перпендикулярной полуосям 3 вращения колес колесной пары 1, посредством балансировочного двигателя 13, закрепленного на внутренней раме 6. Первый двухстепенной гироскоп 10 снабжен датчиком 14 угла прецессии и датчиком 15 момента на оси прецессии. Кинетический момент первого двухстепенного гироскопа 10 нормален общей плоскости размещения полуосей 3 вращения колес колесной пары 1 и полуосей 5 поворота внутренней рамы 6. Ось прецессии первого двухстепенного гироскопа 10 перпендикулярна полуосям 3 вращения колес колесной пары 1, а выход датчика 14 угла прецессии первого гироскопа 10 соединен через блок управления (не показано) с балансировочным двигателем 13, закрепленным на внутренней раме 6. Второй двухстепенной гироскоп 11 также снабжен датчиком 16 угла прецессии и датчиком 17 момента на оси прецессии. Кинетический момент второго двухстепенного гироскопа 11 нормален плоскости, в которой размещены полуоси 3 вращения колес колесной пары 1 и полуоси 5 поворота внутренней рамы 6. Ось прецессии второго двухстепенного гироскопа 11 параллельна полуосям 3 вращения колес колесной пары 1, а выход датчика 16 угла прецессии второго двухстепенного гироскопа 11 соединен через блок управления (не показано) с двигателем 7 стабилизации внутренней рамы 6. Маховик 9, размещенный на несущей платформе 8, выполнен в виде двигателя, ось вращения которого параллельна полуосям 3 вращения колес колесной пары 1, причем этот двигатель (маховик 9) подсоединен к выходу блока управления (не показано), а приращение скорости и вращения двигателя (маховика 9) связано с приращением скорости И одноосного колесного транспортного средства соотношениемAs shown in the graphic materials, a uniaxial wheeled vehicle contains a pair of wheels 1 mounted for rotation by means of drive motors 2 on two coaxial axles 3. Hereinafter, combined half-axes of rotation of wheels of a pair of wheels 1 are considered as the axis of rotation of the wheels of a uniaxial wheeled vehicle. The half shafts 3 are placed on the
где m - суммарная масса системы тел, состоящей из несущей платформы 8, транспортируемого груза (не показано) и маховика 9; l - кратчайшее расстояние от оси вращения колес колесной пары 1 (совмещенные полуоси 3) до центра масс системы тел, состоящей из несущей платформы 8, транспортируемого груза (не показано) и маховика 9; J - момент инерции маховика 9 относительно оси его вращения.where m is the total mass of the system of bodies consisting of a supporting
Одноосное колесное транспортное средство работает следующим образом. Управление скоростью и направлением движения осуществляется путем подачи напряжения на приводные двигатели 2 колес колесной пары 1. При этом поворот выполняется за счет разных угловых скоростей вращения колес колесной пары 1, расположенных соосно. Для изменения угловой ориентации несущей платформы 8 подается сигнал на датчик момента 15 или 17 соответствующего двухстепенного гироскопа 10 или 11, и несущая платформа 8 под действием гироскопического момента осуществляет необходимый поворот. При движении с постоянной скоростью компенсация внешних возмущающих моментов, стремящихся изменить угловую ориентацию несущей платформы 8, осуществляется на основе принципов гироскопической стабилизации, когда в начальный момент времени возмущающий момент сил компенсируется гироскопическим моментом, а далее парируется системой разгрузки, которая по каналу р выполнена традиционным методом с использованием двигателя 7 стабилизации внутренней рамы 6, а по каналу а осуществляется за счет смещения балансировочного груза 12 вдоль продольной оси внутренней рамы 6. При движении с ускорением, когда могут возникать большие моменты сил инерции, для их частичной компенсации, помимо двухстепенных гироскопов 10 и 11, используется маховик 9, который за счет развиваемого реактивного момента способен парировать моменты сил инерции по оси колесной пары 1 и за счет гироскопического момента - моменты центробежных сил по продольной оси при движении на вираже.Monoaxial wheeled vehicle operates as follows. The speed and direction of movement are controlled by applying voltage to the drive motors 2 of the wheelset 1 wheels. In this case, the rotation is performed due to different angular speeds of rotation of the wheels of the wheelset 1 located coaxially. To change the angular orientation of the
Одноосное колесное транспортное средство в представленной совокупности его признаков обеспечивает возможность стабилизации и управления угловой ориентацией несущей платформы 8 не только вокруг оси вращения колесной пары 1, но и по продольной оси транспортного средства, что позволяет достигнуть заданной угловой ориентации несущей платформы 8 в процессе движения без изменения заданной траектории.The uniaxial wheeled vehicle in the presented set of its features provides the ability to stabilize and control the angular orientation of the
Кроме того, в отличие от известных в уровне техники одноосных колесных транспортных средств, где стабилизация и управление угловой ориентацией несущей платформы осуществляются изменением скорости поступательного перемещения этого средства и одновременным смещением балансировочного груза вдоль продольной оси несущей платформы, в изобретении для этой цели используются два двухстепенных гироскопа 10, 11, расположенных соответствующим образом на внутренней раме 6. Кроме того, для обеспечения стабилизации несущей платформы дополнительно введен маховик 9, расположенный на несущей платформе 8, который обеспечивает парирование моментов сил инерции, возникающих при изменениях скорости транспортного средства, а также моментов центробежных сил при движении на вираже.In addition, in contrast to the uniaxial wheeled vehicles known in the prior art, where stabilization and control of the angular orientation of the carrier platform are carried out by changing the translational speed of this vehicle and simultaneously offset the balancing weight along the longitudinal axis of the carrier platform, the invention uses two two-stage gyroscopes for this
Уравнения движения одноосного колесного транспортного средства имеют следующий вид.The equations of motion of a uniaxial wheeled vehicle have the following form.
Уравнение движения первого колеса колесной пары 1, записанное в траекторией системе координат (фиг.2), имеет следующий вид:The equation of motion of the first wheel of the wheelset 1, recorded in the trajectory of the coordinate system (figure 2), has the following form:
где Jку - момент инерции первого колеса колесной пары 1 вокруг оси у; - угловое ускорение вращения первого колеса колесной пары 1; j - передаточное число редуктора приводного двигателя 2 первого колеса колесной пары 1; Мдв1 - момент, развиваемый приводным двигателем 2 первого колеса колесной пары 1; N1 - нормальная реакция дороги (рабочей поверхности); a - продольный снос нормальной реакции первого колеса колесной пары 1; Fx1 - сила тяги первого колеса колесной пары 1; r - радиус колеса колесной пары 1.where J ku is the moment of inertia of the first wheel of the wheelset 1 around the y axis; - angular acceleration of rotation of the first wheel of the wheelset 1; j is the gear ratio of the gearbox of the drive motor 2 of the first wheel of the wheelset 1; M dv1 - the moment developed by the drive motor 2 of the first wheel of the wheelset 1; N 1 - normal reaction of the road (work surface); a is the longitudinal drift of the normal reaction of the first wheel of the wheelset 1; F x1 - traction force of the first wheel of a pair of wheels 1; r is the radius of the wheel of the wheelset 1.
Уравнение движения второго колеса колесной пары 1, записанное в траекторией системе координат (фиг.2), имеет следующий вид:The equation of motion of the second wheel of the wheelset 1, recorded in the trajectory of the coordinate system (figure 2), has the following form:
, ,
где - угловое ускорение вращения второго колеса колесной пары 1; Мдв2 - момент, развиваемый приводным двигателем 2 второго колеса колесной пары 1; N2 - нормальная реакция дороги (рабочей поверхности); Fx2 - сила тяги второго колеса колесной пары 1.Where - angular acceleration of rotation of the second wheel of the wheelset 1; M dv2 - the moment developed by the drive motor 2 of the second wheel of the wheelset 1; N 2 - normal reaction of the road (work surface); F x2 - traction force of the second wheel of the wheelset 1.
Уравнение движения внешней рамы 4, записанное в траекторией системе координат (фиг.2), имеет следующий вид:The equation of motion of the
где Jpx, Jру, Jpz - моменты инерции внешней рамы 4 относительно ее главных центральных осей; - угловая скорость и угловое ускорение вращения внешней рамы 4 и внутренней рамы 6 вместе с жестко закрепленной на ней несущей платформой 8 вокруг поперечной оси транспортного средства; - угловая скорость и угловое ускорение вращения внутренней рамы 6 вместе с жестко закрепленной на ней несущей платформой 8 вокруг продольной оси транспортного средства; - угловая скорость и угловое ускорение вращения транспортного средства вокруг вертикальной оси; МуГир1 - момент, создаваемый первым гироскопом 10 по оси у; МуМ - момент, создаваемый маховиком 9 по оси у; mпл - масса внутренней рамы 6 с несущей платформой 8 и установленными на 13 них элементами; mгр - масса балансировочного груза 12; l - кратчайшее расстояние от оси колес колесной пары 1 до центра масс системы тел, состоящей из несущей платформы 8, транспортируемого груза (не показано) и маховика 9; g - ускорение свободного падения; p - смещение балансировочного груза 12 от нулевого положения; Jплх, Jплу, Jплz - моменты инерции внутренней рамы 6 с жестко закрепленной на ней несущей платформой 8 относительно соответствующих осей вращения.where J px , J ru , J pz - moments of inertia of the outer frame 4 relative to its main Central axes; - angular velocity and angular acceleration of rotation of the outer frame 4 and the inner frame 6 together with a carrier platform 8 rigidly fixed thereon around the transverse axis of the vehicle; - angular velocity and angular acceleration of rotation of the inner frame 6 together with a carrier platform 8 rigidly fixed on it around the longitudinal axis of the vehicle; - angular velocity and angular acceleration of rotation of the vehicle around a vertical axis; M yGyr1 is the moment created by the first gyroscope 10 along the y axis; M yM - the moment created by the flywheel 9 along the y axis; m PL - the mass of the inner frame 6 with a supporting platform 8 and installed on 13 of them elements; m gr is the mass of the balancing load 12; l is the shortest distance from the axis of the wheels of the wheelset 1 to the center of mass of the system of bodies consisting of a supporting platform 8, transported cargo (not shown) and a flywheel 9; g is the acceleration of gravity; p is the offset of the balancing weight 12 from the zero position; J PLH , J PL , J PLZ - moments of inertia of the inner frame 6 with a carrier platform 8 rigidly fixed on it with respect to the corresponding rotation axes.
Уравнение движения внутренней рамы 6 с жестко закрепленной на ней несущей платформой 8, записанное в связанной с несущей платформой 8 системе координат (фиг.2):The equation of motion of the
где Jгр, Jгр, Jгр - моменты инерции балансировочного груза 12 относительно его главных центральных осей; МхГир2 - момент, создаваемый вторым гироскопом 11 по оси х; МхплМ - момент, создаваемый маховиком 9 по оси хпл; Мст - момент, развиваемый двигателем 7 стабилизации внутренней рамы 6.where J gr , J gr , J gr - moments of inertia of the balancing
Уравнение движения балансировочного груза 12, записанное в связанной с внутренней рамой 6 системе координат (фиг.2):The equation of motion of the balancing
где Fдв - сила приложенная к балансировочному грузу 12 от балансировочного двигателя 13; Fсопр - сила сопротивления перемещению балансировочного груза 12.where F dv is the force applied to the balancing
Упрощенные уравнения движения первого гироскопа 10, записанные в связанной с внутренней рамой 6 системе координат (фиг.3):Simplified equations of motion of the
где Jх1, Jу1 - моменты инерции первого гироскопа 10 по соответствующим осям; δ1 - угол прецессии первого гироскопа 10; H1 - кинетический момент первого гироскопа 10; Мхгир1=Мкор1+Мвозм1, Мугир1 - управляющий и гироскопический моменты первого гироскопа 10.where J x1 , J y1 are the moments of inertia of the
Упрощенные уравнения движения второго гироскопа 11, записанные в связанной с внутренней рамой 6 системе координат (фиг.3):Simplified equations of motion of the
где Jх2, Jу2 - моменты инерции второго гироскопа по соответствующим осям; δ2 - угол прецессии второго гироскопа; Н2 - кинетический момент второго гироскопа; Мугир2=Мкор2+Мвозм2, Мхгир1 - управляющий и гироскопический моменты второго гироскопа.where J x2 , J y2 are the moments of inertia of the second gyroscope along the corresponding axes; δ 2 is the angle of precession of the second gyroscope; N 2 is the kinetic moment of the second gyroscope; M ugyr2 = M kor2 + M vozm2 , M hgir1 - control and gyroscopic moments of the second gyroscope.
Уравнения движения маховика 9, записанные в связанной с несущей платформой 8 системе координат (фиг.2):The equations of motion of the flywheel 9, recorded in the coordinate system associated with the carrier platform 8 (figure 2):
где МхМ, МуМ - моменты, развиваемые маховиком 9 по соответствующим осям (гироскопический и реактивный); Jмах - момент инерции маховика 9; - угловая скорость и угловое ускорение вращения маховика 9; имах, iмах - напряжение и ток в обмотках маховика 9; смах, Lя.мах, rя.мах - коэффициент противо-ЭДС маховика 9, индуктивность и сопротивление якоря маховика 9 соответственно;where M xM , M yM - moments developed by the flywheel 9 along the corresponding axes (gyroscopic and reactive); J max - moment of inertia of the flywheel 9; - angular velocity and angular acceleration of rotation of the flywheel 9; and max , i max - voltage and current in the flywheel windings 9; with max , L y.mah , r y.mah - counter-EMF coefficient of the flywheel 9, inductance and resistance of the armature of the flywheel 9, respectively;
Согласно изобретению возможность управления ориентацией несущей платформой 8 в широком диапазоне углов относительно продольной и поперечной осей обеспечивается путем подачи управляющих сигналов с блока управления (не показано) на датчики 15 и 17 моментов гироскопов 10 и 11 (см. фиг.4): на датчик 15 момента первого гироскопа 10 для осуществления поворота несущей платформы 8 вокруг поперечной оси, т.е. вокруг оси вращения колесной пары 1, и на датчик 17 момента второго гироскопа 11 для поворота вокруг продольной оси. При этом, как видно из уравнений (5) и (7), возникают гироскопические моменты, приложенные к несущей платформе 8 по соответствующим осям и стремящиеся повернуть несущую платформу 8 в необходимом направлении.According to the invention, the ability to control the orientation of the
Из уравнений (2) и (3) видно, что в режиме стабилизации возмущающие моменты, приложенные к несущей платформе 8, могут паририроваться совместно контурами маховичной и гироскопической стабилизации. В основе стабилизации по каналу β лежит традиционный принцип гироскопической стабилизации, который заключается в парировании возмущающих моментов в начальный момент времени гироскопическим моментом (8), равным по величине возмущающему и противоположным по направлению, и последующим парированием контуром разгрузки через двигатель стабилизации внутренней рамы 6 (см. фиг.4). Кроме того, при движении на вираже для стабилизации несущей платформы 8 в заданном угловом положении дополнительно используется гироскопический момент, развиваемый маховиком 9 (9). Это особенно важно при возникновении больших центробежных сил, парирование которых только посредством принципов гироскопической стабилизации требует установки на несущей платформе массивных гироскопов с большим кинетическим моментом, что отрицательно скажется на массогабаритных и энергетических характеристиках транспортного средства.From equations (2) and (3) it can be seen that in the stabilization mode, disturbing moments applied to the supporting
Стабилизация несущей платформы 8 по каналу а осуществляется также совместным использованием принципов гироскопической и маховичной стабилизации. При этом применение гироскопической стабилизации в традиционном виде невозможно, поскольку нет точки опоры для двигателя стабилизации на оси колесной пары. В связи с этим в изобретении используется перемещение балансировочного груза 12 (4) для создания разгрузочного момента по этой оси (см. фиг.4). При движении транспортного средства с постоянной скоростью все возмущающие моменты по оси колесной пары 1 парируются гироскопическим моментом (6) и системой разгрузки без привлечения маховика 9. В случае, если происходит программный набор скорости, и возникают моменты сил инерции, приложенные к несущей платформе 8, для их частичной компенсации используется реактивный момент, развиваемый маховиком 9 (10), что позволяет использовать гироскопы с небольшим кинетическим моментом.The stabilization of the
Таким образом, изобретение, в представленной совокупности признаков, объективно обеспечивает высокую надежность и точность стабилизации несущей платформы 8 при расширении диапазона ее угловых перемещений.Thus, the invention, in the presented set of features, objectively provides high reliability and accuracy of stabilization of the supporting
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007101483/11A RU2333862C1 (en) | 2007-01-17 | 2007-01-17 | Single-axle wheel-mounted vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007101483/11A RU2333862C1 (en) | 2007-01-17 | 2007-01-17 | Single-axle wheel-mounted vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2333862C1 true RU2333862C1 (en) | 2008-09-20 |
Family
ID=39867887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007101483/11A RU2333862C1 (en) | 2007-01-17 | 2007-01-17 | Single-axle wheel-mounted vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2333862C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2478056C1 (en) * | 2011-12-07 | 2013-03-27 | Николай Петрович Дядченко | Transport facility |
WO2015009198A1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-01-22 | Andreev Sergey Nikolaevich | Two-wheeled gyro-stabilized vehicle and methods for controlling such a vehicle |
RU2601485C2 (en) * | 2014-08-25 | 2016-11-10 | Александр Поликарпович Лялин | Single-axle vehicle |
RU2694356C1 (en) * | 2015-10-10 | 2019-07-11 | Ханчжоу Шик Интеллиджэнт Текнолоджи Ко., Лтд | Vehicle with human-machine interaction, operating depending on user angular position |
RU2778064C1 (en) * | 2021-12-06 | 2022-08-15 | Алексей Юрьевич Маслов | Vehicle and method for driving the vehicle |
-
2007
- 2007-01-17 RU RU2007101483/11A patent/RU2333862C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2478056C1 (en) * | 2011-12-07 | 2013-03-27 | Николай Петрович Дядченко | Transport facility |
WO2015009198A1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-01-22 | Andreev Sergey Nikolaevich | Two-wheeled gyro-stabilized vehicle and methods for controlling such a vehicle |
US9511811B2 (en) | 2013-07-16 | 2016-12-06 | Sergey Nikolaevich Andreev | Two-wheeled gyroscope-stabilized vehicle and methods for controlling thereof |
EA027337B1 (en) * | 2013-07-16 | 2017-07-31 | Сергей Николаевич АНДРЕЕВ | Two-wheeled gyro-stabilized vehicle and method for controlling such a vehicle |
RU2601485C2 (en) * | 2014-08-25 | 2016-11-10 | Александр Поликарпович Лялин | Single-axle vehicle |
RU2694356C1 (en) * | 2015-10-10 | 2019-07-11 | Ханчжоу Шик Интеллиджэнт Текнолоджи Ко., Лтд | Vehicle with human-machine interaction, operating depending on user angular position |
RU2778064C1 (en) * | 2021-12-06 | 2022-08-15 | Алексей Юрьевич Маслов | Vehicle and method for driving the vehicle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9273961B2 (en) | Dynamically balanced flywheel | |
US20130274995A1 (en) | Multiple axis rotary gyroscope for vehicle attitude control | |
CN111099045B (en) | Full physical simulation method for double super satellite dynamics and control air floatation platform | |
JP5064779B2 (en) | Attitude control device | |
US9511811B2 (en) | Two-wheeled gyroscope-stabilized vehicle and methods for controlling thereof | |
US10308135B2 (en) | Magnetic levitation of vehicles | |
RU2333862C1 (en) | Single-axle wheel-mounted vehicle | |
CN114291295A (en) | Satellite double-axis attitude measurement and control integrated method for single-magnetic suspension control sensitive gyroscope | |
CN109101697B (en) | Modeling method for vehicle dynamics model of liquid tank vehicle flow-solid coupling system | |
US20160194042A1 (en) | Three-wheeled mobile robot | |
JP3809698B2 (en) | Transport device | |
US11858569B2 (en) | Vehicle | |
Hirose et al. | Personal robot assisting transportation to support active human life—Posture stabilization based on feedback compensation of lateral acceleration | |
Malenkov et al. | Wheel-walking propulsion unit of a planetary rover with active suspension | |
CN102023639B (en) | Controllable pendulum system based biaxial horizontal stabilized platform and control method thereof | |
JPH10167197A (en) | Attitude control for three-axes satellite by meand of wheel and unloading wheel and spin satellite attitude restoring device by using wheels | |
CN110361002A (en) | Simplification inertial navigation system attitude measurement method suitable for roadbed vehicle | |
Ojeda et al. | FLEXnav: a fuzzy logic expert dead-reckoning system for the Segway RMP | |
Salman et al. | MEMS Gyroscope Drift Performance Enhancement using Single Axis Rotation Modulation Technique | |
Fan et al. | Attitude dynamics modeling and analysis of aggregated modular spacecraft with magnetically levitated spherical momentum actuators | |
JP2021064069A (en) | Control method, program, control system, carrier device, and component mounting system | |
Sachkov et al. | Stability and stabilization of motion of a uniaxial wheel transport platform | |
JP2589510B2 (en) | Gyro compass error correction device | |
JP2021064070A (en) | Control method, program, control system, carrier device, and component mounting system | |
JP2003160069A (en) | Suspension device and moving vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100118 |