RU2581806C1 - Ball-wheel propulsor - Google Patents

Ball-wheel propulsor Download PDF

Info

Publication number
RU2581806C1
RU2581806C1 RU2014147436/11A RU2014147436A RU2581806C1 RU 2581806 C1 RU2581806 C1 RU 2581806C1 RU 2014147436/11 A RU2014147436/11 A RU 2014147436/11A RU 2014147436 A RU2014147436 A RU 2014147436A RU 2581806 C1 RU2581806 C1 RU 2581806C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ball
spindles
wheel
holder
rollers
Prior art date
Application number
RU2014147436/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Александрович Калинкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова"
Анатолий Александрович Калинкин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова", Анатолий Александрович Калинкин filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова"
Priority to RU2014147436/11A priority Critical patent/RU2581806C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2581806C1 publication Critical patent/RU2581806C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to vehicles with propellers, interacting with road surface. Ball-wheel propulsor comprises holder and support ball, roller supports made up of paired and kinematically connected to each other spindles with rollers. Additionally, each pair of spindles equipped with drive module installed in seat on holder and kinematically connected to spindles. Each of drive modules includes displacement sensors, the ball-wheel propulsor is equipped with power supply and a microcontroller connected to onboard computer network, made with possibility of supply of control actions on drive modules, as well as data collection and processing with motion sensors.
EFFECT: broader functional capabilities of ball-wheel support.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к транспортным средствам с движителями, взаимодействующими с поверхностью дороги, а именно устройствам для перемещения объектов (грузов) преимущественно по горизонтальной поверхности, и может быть использовано в качестве приводной подвижной опоры напольного высокоманевренного транспортного средства (ТС), а также в виде одноопорного самоходного балансирующего ТС.The invention relates to vehicles with propulsors interacting with the road surface, namely, devices for moving objects (goods) mainly on a horizontal surface, and can be used as a driving movable support of a highly maneuverable outdoor vehicle (TS), as well as in the form of a single-propelled self-propelled balancing vehicle.

Известны технические решения движителей ТС, которые в опорной части используют колесо шарообразной формы [1, 2, 3, 4].Known technical solutions propulsion vehicles, which in the supporting part use a spherical wheel [1, 2, 3, 4].

В известном техническом решении (RU 2197403, МПК7 B62D 9/04, опубл. 27.01.2003) колеса движителя ТС выполнены сферическими, неповоротными с изменяемым наклоном, осуществляемым с помощью трапеций автомобильного типа, установленными в вертикальной плоскости и перпендикулярно направлению движения ТС. В конструкции движителя предусмотрена передача крутящего момента на все колеса от общего двигателя. При этом трансмиссия выполнена без дифференциалов. Подвижность и маневренность обеспечиваются при изменении наклона колес и повороте сочлененной рамы [1].In the known technical solution (RU 2197403, IPC 7 B62D 9/04, published January 27, 2003), the wheels of the vehicle mover are made spherical, non-rotatable with a variable inclination, carried out with the help of trapezes of the automobile type, installed in a vertical plane and perpendicular to the direction of movement of the vehicle. The design of the mover provides for the transmission of torque to all wheels from a common engine. In this case, the transmission is made without differentials. Mobility and maneuverability are provided when changing the tilt of the wheels and turning the articulated frame [1].

К недостаткам известного транспортного средства следует отнести то, что при выполнении маневров наклоны каждой пары колес обоих мостов должны быть синхронизированы друг с другом и с углом излома на сочленении рамы вездехода, а также то, что платформа должна совершать наклон в сторону поворота.The disadvantages of the known vehicle should include the fact that when performing maneuvers, the slopes of each pair of wheels of both axles must be synchronized with each other and with a bend angle at the joint of the all-terrain vehicle frame, as well as the fact that the platform should tilt towards the turn.

Другое известное техническое решение, предложенное инженером Кашаровым, обеспечивает большие подвижность и маневренность при использовании в нем колес сферической формы. Общеизвестным примером, выполненным на основе этого движителя, является механизм, получивший название «Шароход инженера Кашарова» (Техника-молодежи. 1982 г., №7, с. 6-10). Основной элемент шарохода - это несколько оснащенных двигателями тележек со сферическими роликами, установленными в специальных вращающихся обоймах.Another well-known technical solution proposed by engineer Kasharov provides great mobility and maneuverability when using spherical wheels in it. A well-known example made on the basis of this mover is a mechanism called the “Balloon of engineer Kasharov” (Technique-Youth. 1982, No. 7, pp. 6-10). The main element of the ball chamber is several trolleys equipped with engines with spherical rollers installed in special rotating clips.

В механизме инженера Кашарова перемещение тележек сопровождается одновременным вращением обойм и шаров внутри них, что приводит к чередованию пар шаров, находящихся в контакте с опорной поверхностью. Это вызывает неустойчивость тележек при движении. Кроме того, в целом механизм является сложным по конструкции, поскольку имеет в своем составе как минимум три тележки с четырьмя сферическими роликами в каждой [2].In the engineer Kasharov’s mechanism, the movement of the carts is accompanied by the simultaneous rotation of the cages and balls inside them, which leads to the alternation of pairs of balls in contact with the supporting surface. This causes the carts to become unstable during movement. In addition, in general, the mechanism is complex in design, since it includes at least three carts with four spherical rollers in each [2].

Техническое решение, известное как «Robot Balancing on a Ball», является более простым и выполнено с использованием одного опорного элемента сферической формы. Устройство содержит опорный шар и опирающиеся на него три омни-колеса, соединенные с приводными двигателями (International Conference on Control, Automation and Systems 2008. Oct. 14-17, 2008 in COEX, Seoul, Korea).The technical solution, known as "Robot Balancing on a Ball", is simpler and is made using a single support element of a spherical shape. The device comprises a support ball and three omni wheels resting on it and connected to drive motors (International Conference on Control, Automation and Systems 2008. Oct. 14-17, 2008 in COEX, Seoul, Korea).

Устройство обладает тем недостатком, что обод омни-колес составлен из нескольких свободно вращающихся бочкообразных роликов, которые при перекатывании по опорному шару контактируют с шаром точками поверхности с постоянно изменяющимся радиусом кривизны. Это обусловливает непостоянство условий контакта роликов с опорным шаром и ухудшает кинематику механизма [3].The device has the disadvantage that the rim of the omni wheels is composed of several freely rotating barrel-shaped rollers, which, when rolling over the support ball, contact the ball with surface points with a constantly changing radius of curvature. This causes the inconsistency of the contact conditions of the rollers with the support ball and worsens the kinematics of the mechanism [3].

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является шаровая колесная опора «Шар-колесо Калинкина» (RU 2505447, МПК B62D 57/028, В60B 19/14, опубл. 27.01.2014), имеющая в своем составе держатель и опорный шар, роликовые опоры, выполненные в виде попарно установленных и кинематически соединенных шпинделей с роликами. Поскольку ролики в роликовых опорах имеют, как и опорный шар, сферическую форму, то условия контакта роликов и опорного шара остаются при работе устройства постоянными [4].The closest technical solution to the claimed invention is a spherical wheel bearing "Kalinkin's Spherical Wheel" (RU 2505447, IPC B62D 57/028, B60B 19/14, publ. 01/27/2014), which includes a holder and a supporting ball, roller bearings made in the form of pairwise mounted and kinematically connected spindles with rollers. Since the rollers in the roller bearings have a spherical shape, like the support ball, the contact conditions of the rollers and the support ball remain constant during operation of the device [4].

Однако функционально известная шаровая колесная опора может работать только как пассивная (неприводная) колесная опора ТС, что значительно ограничивает ее функциональные возможности.However, the functionally known spherical wheel support can only work as a passive (non-driveable) wheel support of the vehicle, which greatly limits its functionality.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является расширение функциональных возможностей шаровой колесной опоры.The technical problem to which the claimed technical solution is directed is to expand the functionality of the ball wheel support.

Для достижения этой задачи в известном устройстве с использованием шарообразного колеса, имеющем в своем составе держатель и опорный шар, роликовые опоры, выполненные в виде попарно установленных и кинематически соединенных между собой шпинделей с роликами, дополнительно каждая из пар шпинделей снабжена приводным модулем, установленным в гнезде на держателе и кинематически связанным со шпинделями, каждый из приводных модулей имеет в своем составе датчики перемещений (энкодеры). Кроме этого, шароколесный движитель оснащен источником питания и микроконтроллером с подключенной к нему бортовой вычислительной сетью, выполненной с возможностью подачи управляющих воздействий на приводные модули, а также сбора и обработки данных с датчиков перемещений (энкодеров).To achieve this, in the known device using a spherical wheel having a holder and a supporting ball, roller bearings made in the form of spindles and rollers connected in pairs and kinematically connected to each other, each of the pairs of spindles is equipped with a drive module installed in the socket on the holder and kinematically connected to the spindles, each of the drive modules incorporates displacement sensors (encoders). In addition, the ball-propelled mover is equipped with a power source and a microcontroller with an onboard computer network connected to it, configured to supply control actions to the drive modules, as well as collect and process data from displacement sensors (encoders).

Благодаря наличию перечисленных конструктивных признаков в предлагаемом устройстве вращение и крутящий момент, создаваемый приводными модулями, передаются на шпиндели, роликовые опоры, а затем и на опорный шар, что создает движущую силу для перемещения ТС. При этом за счет согласованного изменения направлений и частот вращения шпинделей шароколесный движитель обеспечивает возможность движения ТС в любом направлении как на плоской, так и на неровной поверхности без применения каких-либо рулевых механизмов. Транспортное средство, оснащенное, как минимум, двумя предлагаемыми шароколесными движителями, приобретает возможность выполнять любой сложности поступательные и вращательные движения, а также сочетать одновременно движения по прямой, кривой любой конфигурации, и вращении на плоскости. Кроме того, шароколесный движитель, выполненный в виде отдельного модуля (не в составе ТС), может самостоятельно функционировать как одноопорное самоходное балансирующее ТС.Due to the presence of the listed design features in the proposed device, the rotation and torque created by the drive modules are transmitted to the spindles, roller bearings, and then to the support ball, which creates a driving force for moving the vehicle. At the same time, due to the coordinated change in the directions and frequencies of rotation of the spindles, the spherical mover allows the vehicle to move in any direction both on a flat and on an uneven surface without the use of any steering mechanisms. A vehicle equipped with at least two proposed spherical propellers acquires the ability to perform translational and rotational movements of any complexity, as well as combine simultaneously moving in a straight line, a curve of any configuration, and rotating on a plane. In addition, the spherical propeller, made in the form of a separate module (not part of the vehicle), can independently function as a single-bearing self-propelled balancing vehicle.

Предлагаемый шароколесный движитель иллюстрируется чертежом, где представлен его общий вид.The proposed ball propulsion is illustrated in the drawing, which presents its General view.

Шароколесный движитель содержит держатель 1, опорный шар 2, шпиндели 3 с роликами 4. Шпиндели 3 попарно кинематически соединены, например, с помощью зубчатой передачи 5. Каждая из пар шпинделей снабжена приводным модулем 6, установленным в гнездах 7 на держателе 1 и кинематически связанным, например, посредством присоединения к выходному концу 8 шпинделей, а каждый из приводных модулей 6 имеет в своем составе датчики перемещений 9. Для обеспечения и согласования работы приводных модулей 6 предлагаемый шароколесный движитель оснащен источником питания 10 и микроконтроллером 11 с подключенной к нему бортовой вычислительной сетью (не показана). При работе шароколесного движителя опорный шар 2 контактирует с поверхностью 12.The spherical mover comprises a holder 1, a supporting ball 2, spindles 3 with rollers 4. The spindles 3 are kinematically coupled, for example, by means of a gear 5. Each of the pairs of spindles is equipped with a drive module 6 mounted in slots 7 on the holder 1 and kinematically connected, for example, by connecting 8 spindles to the output end, and each of the drive modules 6 incorporates displacement sensors 9. To ensure and coordinate the operation of the drive modules 6, the proposed ball propeller is equipped with a source of power 10 and microcontroller 11 with an onboard computer network (not shown) connected to it. During operation of a ball-wheel propulsion, the support ball 2 is in contact with the surface 12.

Работа шароколесного движителя происходит следующим образом.The operation of the ball propulsion device is as follows.

При отсутствии движения внешняя нагрузка, например, от силы веса транспортируемого объекта передается на держатель 1 и далее через шпиндели 3, ролики 4 на опорный шар 2 и воспринимается поверхностью 12.In the absence of movement, an external load, for example, from the weight of the transported object is transferred to the holder 1 and then through the spindles 3, the rollers 4 to the supporting ball 2 and is perceived by the surface 12.

Для осуществления перемещения шароколесного движителя (и опирающегося на него ТС, которое не показано) в микроконтроллере 11 формируются согласованные управляющие воздействия, которые поступают на приводные модули 6, обеспечивающие вращение шпинделей 3 с определенной скоростью и в заданном направлении. Вращение через шпиндели 3 и зубчатые передачи 5 передается на ролики 4. Ролики 4 взаимодействуют с опорным шаром 2, передают ему крутящий момент и вызывают перекатывание опорного шара по поверхности 12. Питание приводных модулей 6 происходит от источника питания 10. Одновременно в микроконтроллере 11 производится контроль отработки перемещений по сигналам обратной связи, поступающим с датчиков перемещений 9. При этом траектория, направление движения и скорость перемещения определяются соотношением уровней и значений управляющих воздействий на приводных модулях 6.To carry out the movement of the ball-wheel propulsion device (and the vehicle based on it, which is not shown), coordinated control actions are formed in the microcontroller 11, which are transmitted to the drive modules 6, which ensure the rotation of the spindles 3 with a certain speed and in a given direction. The rotation through the spindles 3 and gears 5 is transmitted to the rollers 4. The rollers 4 interact with the support ball 2, transmit torque to it and cause the support ball to roll over the surface 12. The power supply of the drive modules 6 comes from the power source 10. At the same time, control is performed in the microcontroller 11 working out movements by feedback signals from displacement sensors 9. In this case, the trajectory, direction of movement and speed of movement are determined by the ratio of levels and values of control actions on drive modules 6.

При движения внешняя нагрузка, например, от силы веса транспортируемого объекта также передается на держатель 1 и далее через шпиндели 3, ролики 4 на опорный шар 2 и воспринимается поверхностью 12.When moving, the external load, for example, from the weight of the transported object is also transferred to the holder 1 and then through the spindles 3, the rollers 4 to the supporting ball 2 and is perceived by the surface 12.

Таким образом, предлагаемый шароколесный движитель за счет выполнения роликовых опор приводными, оснащения их датчиками перемещений (энкодерами), а в целом шароколесного движителя - микроконтроллером обеспечивает двигательную способность, дает возможность реализовать более широкий диапазон возможных траекторий перемещений по сравнению с другими подобными устройствами, что расширяет его функциональные возможности.Thus, the proposed ball-wheel propulsion due to the implementation of roller bearings with drives, equipping them with displacement sensors (encoders), and, in general, a spherical mover - with a microcontroller provides motor ability, makes it possible to realize a wider range of possible trajectories of movements in comparison with other similar devices, which expands its functionality.

Источники информацииInformation sources

1. Пат. 2197403, Российская Федерация. МПК7 B62D 9/04. Система управления двухсекционного сочлененного вездеходного транспортного средства и его трансмиссия / С.С. Кочанов-Сорокин; заявитель и правообладатель С.С. Кочанов-Сорокин №2001108175/28; заявл. 26.03.2001; опубл. 27.01.2003.1. Pat. 2197403, Russian Federation. IPC 7 B62D 9/04. The control system of a two-section articulated all-terrain vehicle and its transmission / S.S. Kochanov-Sorokin; applicant and copyright holder S.S. Kochanov-Sorokin No. 2001108175/28; declared 03/26/2001; publ. 01/27/2003.

2. Шароход Кашарова. Техника-молодежи. №7,1982 г., с. 6-10.2. Sharokhod Kasharova. Technology youth. No. 7.1982, p. 6-10.

3. Development of a Robot Balancing on a Ball. Masaaki Kumagai, Takaya Ochiai. International Conference on Control, Automation and Systems 2008. Oct. 14-17, 2008 in COEX, Seoul, Korea.3. Development of a Robot Balancing on a Ball. Masaaki Kumagai, Takaya Ochiai. International Conference on Control, Automation and Systems 2008. Oct. 14-17, 2008 in COEX, Seoul, Korea.

4. Пат. 2505447, Российская Федерация. МПК B62D 57/028, В60B 19/14. Шар-колесо Калинкина / А.А. Калинкин; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова", А.А. Калинкин №2012111897/11; заявл. 27.03.2012; опубл. 27.01.2014.4. Pat. 2505447, Russian Federation. IPC B62D 57/028, B60B 19/14. Ball-wheel Kalinkin / A.A. Kalinkin; Applicant and copyright holder of the FSBEI HPE Izhevsk State Technical University named after MT Kalashnikov, A.A. Kalinkin No. 2012111897/11; declared 03/27/2012; publ. 01/27/2014.

Claims (1)

Шароколесный движитель, содержащий держатель и опорный шар, роликовые опоры, выполненные в виде попарно установленных и кинематически соединенных между собой шпинделей с роликами, отличающийся тем, что дополнительно каждая из пар шпинделей снабжена приводным модулем, установленным в гнезде на держателе и кинематически связанным со шпинделями, каждый из приводных модулей имеет в своем составе датчики перемещений, при этом шароколесный движитель оснащен источником питания и микроконтроллером с подключенной к нему бортовой вычислительной сетью, выполненной с возможностью подачи управляющих воздействий на приводные модули, а также сбора и обработки данных с датчиков перемещений. A spherical mover containing a holder and a support ball, roller bearings made in the form of spindles with rollers paired and kinematically connected to each other, characterized in that each of the pairs of spindles is additionally equipped with a drive module mounted in a socket on the holder and kinematically connected to the spindles, each of the drive modules incorporates displacement sensors, while the spherical mover is equipped with a power source and a microcontroller with an on-board computer connected to it second network, arranged to supply the control actions on actuating units, and collecting and processing data from encoders.
RU2014147436/11A 2014-11-25 2014-11-25 Ball-wheel propulsor RU2581806C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014147436/11A RU2581806C1 (en) 2014-11-25 2014-11-25 Ball-wheel propulsor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014147436/11A RU2581806C1 (en) 2014-11-25 2014-11-25 Ball-wheel propulsor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2581806C1 true RU2581806C1 (en) 2016-04-20

Family

ID=56195007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014147436/11A RU2581806C1 (en) 2014-11-25 2014-11-25 Ball-wheel propulsor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2581806C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107150727A (en) * 2017-03-21 2017-09-12 坎德拉（深圳）科技创新有限公司 Ball shape robot
CN109828025A (en) * 2019-03-21 2019-05-31 江苏三合声源超声波科技有限公司 Half water logging flaw detection tracking device
RU2728275C2 (en) * 2020-02-17 2020-07-29 Михаил Олегович Смирнов Electric motor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU823211A1 (en) * 1976-05-25 1981-04-23 Vavilov Sergej A Vehicle propelling gear
JP2004024329A (en) * 2002-06-21 2004-01-29 Yoichi Toyoda Spherical body driving mechanism
JP2005075328A (en) * 2003-08-30 2005-03-24 Kazutake Mutou Automobile using spherical wheel
CN101085626A (en) * 2006-06-06 2007-12-12 李天夫 Balance ball car

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU823211A1 (en) * 1976-05-25 1981-04-23 Vavilov Sergej A Vehicle propelling gear
JP2004024329A (en) * 2002-06-21 2004-01-29 Yoichi Toyoda Spherical body driving mechanism
JP2005075328A (en) * 2003-08-30 2005-03-24 Kazutake Mutou Automobile using spherical wheel
CN101085626A (en) * 2006-06-06 2007-12-12 李天夫 Balance ball car

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107150727A (en) * 2017-03-21 2017-09-12 坎德拉（深圳）科技创新有限公司 Ball shape robot
CN107150727B (en) * 2017-03-21 2019-06-25 坎德拉（深圳）科技创新有限公司 Ball shape robot
CN109828025A (en) * 2019-03-21 2019-05-31 江苏三合声源超声波科技有限公司 Half water logging flaw detection tracking device
RU2728275C2 (en) * 2020-02-17 2020-07-29 Михаил Олегович Смирнов Electric motor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190193784A1 (en) Non-scrubbing vertical drive unit for a trackless or free roaming vehicle with zero turn radius
JP5398446B2 (en) Drive device
Komori et al. Active omni wheel capable of active motion in arbitrary direction and omnidirectional vehicle
RU2581806C1 (en) Ball-wheel propulsor
CN201042980Y (en) Castor floating structure for wheeled mobile welding robot
Ishigami et al. Design, development, and mobility evaluation of an omnidirectional mobile robot for rough terrain
US10071609B2 (en) Vehicle having a high clearing capability
KR20150014057A (en) Omni-directional caterpillar tracks and omni-directional moving vehicle using thereof
CN103465779A (en) Double-engine type omni-directional four-wheel drive traveling mechanism
Cao et al. Omniwheg: An omnidirectional wheel-leg transformable robot
JP6804313B2 (en) Flying work body and work system using it
Wada et al. Kinematic modeling and simulation of active-caster robotic drive with a ball transmission (ACROBAT-S)
US8944448B2 (en) Trochoid drive system and moving body
CN103963871A (en) Five-wheel survey vehicle with automatic leveling platform
CN205706349U (en) A kind of 6 DOF for movie theatre multidirectional viewing car
JP3180975U (en) Traveling device
JP2016049921A (en) Wheel driving device
Tătar et al. Structures of the omnidirectional robots with swedish wheels
CN205706348U (en) A kind of multidirectional viewing car for movie theatre
Nasu et al. Mechanical design of an active-caster robotic drive with dual-wheel and differential mechanism
JP7078475B2 (en) Flying object
KR100493214B1 (en) Omni-directional vehicle with continuous variable transmission
WO2012114274A3 (en) Haptic system and device for man -machine interaction
Hayat et al. Ospheel: Design of an omnidirectional spherical-sectioned wheel
RU159369U1 (en) STEPPING VEHICLE

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171126