RU2600043C2

RU2600043C2 - Robot ball

Info

Publication number: RU2600043C2
Application number: RU2015107469/02A
Authority: RU
Inventors: Григорий Александрович Прокопович
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2016-10-20
Also published as: RU2015107469A

Abstract

FIELD: robotics.

SUBSTANCE: invention relates to robotics and can be used for creating new models of independent and remote controlled mobile robots. Robot ball comprises a hollow shell made of two connected hemispheric parts, working element and a parallel manipulator. Parallel manipulator consists of radially arranged links, ends of which are connected with hinges, fixed on an inner surface of the shell and on the working element, that is equipped with a control unit, drive system and power supply module. Links are made with possibility of changing their length and working element controlled displacement matched with them.

EFFECT: technical result is higher efficiency of motion, higher manoeuvrability and reliability.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для создания новых моделей как автономных, так и дистанционно управляемых мобильных роботов.The invention relates to robotics and can be used to create new models of both autonomous and remotely controlled mobile robots.

Известно самоходное средство (патент РФ №2315686, МПК B25J 9/00; B25J 11/00, опубл. 2008), характеризующееся тем, что содержит полую сферу, установленные внутри сферы двигатели, зафиксированные таким образом, что их геометрические оси перпендикулярны друг другу и пересекаются в геометрическом центре сферы; один из двигателей установлен на внутренней поверхности сферы и соединен посредством каркаса, выполненного в форме четверти окружности, со вторым двигателем, установленным на свободном конце упомянутого каркаса и снабженным аналогичным каркасом, связанным с его валом.A self-propelled means is known (RF patent No. 2315686, IPC B25J 9/00; B25J 11/00, publ. 2008), characterized in that it contains a hollow sphere, motors mounted inside the sphere, fixed in such a way that their geometric axes are perpendicular to each other and intersect in the geometric center of the sphere; one of the engines is mounted on the inner surface of the sphere and connected by a quarter-circle frame to a second engine mounted on the free end of the frame and provided with a similar frame connected to its shaft.

К недостаткам указанного робота относят низкую эффективность движения и низкую маневренность, связанные с тем, что для реализации роботом поворота в любом направлении необходимо, чтобы один из двигателей, установленный на внутренней поверхности сферы, был в верхней части шара.The disadvantages of this robot include low driving efficiency and low maneuverability due to the fact that for the robot to turn in any direction, it is necessary that one of the engines mounted on the inner surface of the sphere be in the upper part of the ball.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению (прототип) является робот-шар (патент РФ №106215, МПК B62D 57/00, опубл. 2011), который содержит корпус, выполненный в виде полого шара, внутренний каркас, соединенный с корпусом шарниром, закрепленный на внутреннем каркасе первый электропривод, вал которого соединен с корпусом; так же на каркасе закреплен второй электропривод, на обоих концах сквозного вала которого закреплены дебалансы.The closest in technical essence to the proposed technical solution (prototype) is a robot ball (RF patent No. 106215, IPC B62D 57/00, publ. 2011), which contains a body made in the form of a hollow ball, an inner frame connected to the body by a hinge mounted on the inner frame of the first electric drive, the shaft of which is connected to the housing; a second electric drive is also fixed on the frame, at both ends of the through shaft of which unbalances are fixed.

Недостатком указанного устройства является низкая маневренность, связанная с тем, что для устойчивого прямолинейного движения требуется установить дебалансы перпендикулярно внутреннему каркасу, что проблематично контролировать на пересеченной местности.The disadvantage of this device is the low maneuverability associated with the fact that for a steady rectilinear movement, it is necessary to establish unbalances perpendicular to the inner frame, which is problematic to control on rough terrain.

Задачей предлагаемого изобретения является создание робота-шара, обеспечивающего повышение эффективности движения, маневренности и эксплуатационной надежности.The objective of the invention is the creation of a robot ball, providing increased efficiency of movement, maneuverability and operational reliability.

Задача решается следующим образом. В робот-шар, содержащий полый корпус, выполненный в виде двух соединенных полусфер, и рабочий орган, введен параллельный манипулятор, состоящий из радиально расположенных звеньев, концы которых соединены с шарнирами, закрепленными на внутренней поверхности корпуса и рабочем органе, который снабжен блоком управления, системой приводов и блоком питания, причем звенья выполнены с возможностью изменения их длины и согласованного с ним управляемого смещения рабочего органа.The problem is solved as follows. In the robot ball containing a hollow body made in the form of two connected hemispheres, and a working body, a parallel manipulator is introduced, consisting of radially arranged links, the ends of which are connected to hinges fixed on the inner surface of the body and the working body, which is equipped with a control unit, drive system and power supply, and the links are made with the possibility of changing their length and coordinated with him controlled displacement of the working body.

Сущность устройства поясняется чертежами.The essence of the device is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображена конструкция заявляемого робота-шара.In FIG. 1 shows the design of the inventive robot ball.

На фиг. 2 изображен процесс движения робота-шара.In FIG. 2 shows the movement of a robot ball.

Робот-шар содержит корпус 1, который состоит из двух соединенных между собой полусфер, радиально установленные звенья 2.1-2.4, концы которых соединены шарнирами 3.1-3.4 с внутренней поверхностью корпуса 1 и рабочим органом 4. Рабочий орган 4 содержит блок управления, блок питания, систему приводов, сенсорную систему, коммуникационную систему и грузовой отсек (на чертеже не показаны). Параллельный манипулятор состоит из звеньев 2.1-2.4 и шарниров 3.1-3.4.The robot ball contains a housing 1, which consists of two interconnected hemispheres, radially mounted links 2.1-2.4, the ends of which are connected by hinges 3.1-3.4 with the inner surface of the housing 1 and the working body 4. The working body 4 contains a control unit, a power supply, drive system, sensor system, communication system and cargo compartment (not shown in the drawing). The parallel manipulator consists of links 2.1-2.4 and hinges 3.1-3.4.

Робот-шар работает следующим образом.The robot ball works as follows.

До начала движения рабочий орган 4 расположен в нижней части корпуса 1 таким образом, чтобы центр тяжести робота-шара находился ниже геометрического центра сферического корпуса, что позволяет роботу находиться в устойчивом стационарном положении (фиг. 2, а). Для осуществления движения в выбранном направлении непосредственно или дистанционно на систему приводов подаются управляющие сигналы, которые приводят в движение звенья 2.1-2.4, т.е. длина звеньев 2.1-2.4 начинает согласованно изменяться и приводит к управляемому смещению рабочего органа 4, а вместе с ним и центр тяжести всего робота из стационарного положения в требуемую сторону движения (фиг. 2, б). В результате появляется вращающий момент относительно геометрического центра сферического корпуса в ту сторону, куда отклонился рабочий орган 4, и корпус 1 робота-шара начинает вращаться. После того как центр тяжести робота-шара опять достигнет стационарного положения, производится очередное смещение рабочего органа 4 в требуемое направление движения. Так, управляемое перемещение рабочего органа 4 параллельного манипулятора приводит робот-шар в непрерывное движение по любой заданной траектории.Prior to the movement, the working body 4 is located in the lower part of the housing 1 so that the center of gravity of the robot ball is below the geometric center of the spherical body, which allows the robot to be in a stable stationary position (Fig. 2, a). To carry out movement in the selected direction, directly or remotely, control signals are supplied to the drive system, which drive the links 2.1-2.4, i.e. the length of the links 2.1-2.4 begins to consistently change and leads to a controlled displacement of the working body 4, and with it the center of gravity of the entire robot from a stationary position to the desired direction of movement (Fig. 2, b). As a result, a torque appears relative to the geometric center of the spherical body in the direction where the working body 4 deviated, and the body 1 of the robot ball starts to rotate. After the center of gravity of the robot ball again reaches a stationary position, the next displacement of the working body 4 in the desired direction of movement is performed. So, the controlled movement of the working body 4 of the parallel manipulator brings the robot ball into continuous motion along any given path.

Кинематические цепи звеньев манипулятора могут состоять из поступательных и вращательных пар. Число звеньев у параллельного манипулятора может быть различным. Каждое звено управляется одним приводом, который объединен с рабочим органом либо установлен на внутренней поверхности корпуса, что существенно повышает динамику и точность позиционирования рабочего органа внутри корпуса робота-шара. Замкнутая кинематическая цепь параллельного манипулятора обеспечивает высокую жесткость всей конструкции. Так как нагрузка рабочего органа разделяется между приводами, параллельный манипулятор способен обеспечить высокую грузоподъемность, что позволит в рабочем органе разместить большое количество бортового оборудования.The kinematic chains of the manipulator links can consist of translational and rotational pairs. The number of links in a parallel manipulator can be different. Each link is controlled by one drive, which is combined with the working body or mounted on the inner surface of the body, which significantly increases the dynamics and accuracy of positioning of the working body inside the body of the robot ball. The closed kinematic chain of the parallel manipulator provides high rigidity of the entire structure. Since the load of the working body is divided between the drives, the parallel manipulator is able to provide high load capacity, which will allow to place a large number of airborne equipment in the working body.

Благодаря тому что параллельный манипулятор способен перемещать центр масс робота в пределах внутренней полости корпуса робота, то ускоренное линейное перемещение рабочего органа может создавать импульс, который позволит роботу-шару поступательно двигаться в заданном направлении. Данные свойства будут полезны для преодоления препятствий на пути робота с помощью прыжков.Due to the fact that the parallel manipulator is able to move the center of mass of the robot within the internal cavity of the robot body, the accelerated linear movement of the working body can create an impulse that will allow the robot ball to move forward in a given direction. These properties will be useful for overcoming obstacles in the way of the robot using jumps.

Преимуществом данного робота является то, что благодаря всенаправленному перемещению рабочего органа внутри полого сферического корпуса, обеспечивается исключительная подвижность и маневренность, и он способен быстро изменить направление движения с нулевым радиусом разворота.The advantage of this robot is that due to the omnidirectional movement of the working body inside the hollow spherical body, exceptional mobility and maneuverability is provided, and it is able to quickly change the direction of movement with a zero turning radius.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2315686, МПК: B25J 9/00; B25J 11/00, опубл. 2008.1. RF patent No. 2315686, IPC: B25J 9/00; B25J 11/00, publ. 2008.

2. Патент РФ №106215, МПК: B62D 57/00, опубл. 2011 (прототип).2. RF patent No. 106215, IPC: B62D 57/00, publ. 2011 (prototype).

Claims

A robot ball containing a hollow body, made in the form of two connected hemispheres, and a working body, characterized in that it contains a parallel manipulator consisting of radially arranged links, the ends of which are connected to hinges fixed on the inner surface of the body and the working body, which equipped with a control unit, a drive system and a power supply, moreover, the links are made with the possibility of changing their length and coordinated with him controlled displacement of the working body.