RU2786892C1 - Электромеханическая трансмиссия автономного мобильного робота с двигателем внутреннего сгорания - Google Patents
Электромеханическая трансмиссия автономного мобильного робота с двигателем внутреннего сгорания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786892C1 RU2786892C1 RU2022112978A RU2022112978A RU2786892C1 RU 2786892 C1 RU2786892 C1 RU 2786892C1 RU 2022112978 A RU2022112978 A RU 2022112978A RU 2022112978 A RU2022112978 A RU 2022112978A RU 2786892 C1 RU2786892 C1 RU 2786892C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- internal combustion
- combustion engine
- mobile robot
- autonomous mobile
- electric motors
- Prior art date
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 240000001307 Myosotis scorpioides Species 0.000 claims description 11
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 claims description 11
- 238000004805 robotic Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 241001325166 Phacelia congesta Species 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 101700084631 mrnC Proteins 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к мобильной робототехнике. В электромеханической трансмиссии автономного мобильного робота с двигателем внутреннего сгорания крутящий момент двигателя передаётся на вход автоматической коробки передач, а выход коробки передач соединён с дифференциалом. Каждый выходной вал дифференциала механически соединён с гусеницей или ведущим колесом робота и с электродвигателем, используемым для электродинамического торможения соединённых с ним гусеницы или ведущего колеса. Суммарная номинальная механическая мощность электродвигателей как минимум в два раза меньше номинальной мощности двигателя внутреннего сгорания. Для непосредственного создания тормозящего момента на валах электродвигателей не используется энергия дополнительного источника питания. Улучшается управляемость и снижается износ тормозной системы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области мобильной робототехники и может быть использовано при создании гусеничных и колёсных мобильных роботов, оснащённых двигателем внутреннего сгорания.
Уровень техники
Из уровня техники [RU 170926 U1, опубликовано 15.05.2017] известен гусеничный снегоболотоход, трансмиссия которого включает два гидроцилиндра, соединённые с рулевым управлением, которые передают усилие на суппорта дисковых тормозов, расположенных раздельно на правой и левой гусеницах, тем самым осуществляя поворот. Недостатком данной трансмиссии является повышенный износ тормозов и их перегрев в процессе активного маневрирования.
Также из руководства по эксплуатации снегоболотохода «Пелец
Мини III» [https://pelec.ru/files/Instruction/ManualPMIIItb.pdf], обладающего аналогичной трансмиссией, известно, что повороты большого радиуса на такого рода машинах рекомендуется осуществлять по ломаной линии, что говорит о их недостаточной управляемости.
Мини III» [https://pelec.ru/files/Instruction/ManualPMIIItb.pdf], обладающего аналогичной трансмиссией, известно, что повороты большого радиуса на такого рода машинах рекомендуется осуществлять по ломаной линии, что говорит о их недостаточной управляемости.
Для улучшения управляемости гусеничных транспортных средств, например танков, известна двухпоточная трансмиссия [RU 2652542 C1, опубликовано 26.04.2018]. Однако данная трансмиссия включается в себя блокировочный фрикцион, подверженный повышенному износу в процессе активного маневрирования, и ёмкостной накопитель электрической энергии, приводящий к дополнительному удорожанию производства трансмиссии данного типа.
В качестве пути отказа от фрикциона при осуществлении маневрирования из уровня техники [RU 2441792 C1, опубликовано 10.02.2012] известен механизм поворота, включающий в себя два дифференциала. Однако он требует дополнительного источника крутящего момента, для которого также необходим дополнительный источник энергии, что в сочетании с необходимостью второго дифференциала приводит к усложнению и удорожанию конструкции.
Из уровня техники [RU 2648652 C1, опубликовано 27.03.2018;
RU 2643903 C1, опубликовано 06.02.2018] известна электромеханическая трансмиссия машины с двигателем внутреннего сгорания, в которой механическая энергия, создаваемая двигателем внутреннего сгорания, преобразуется в электрическую энергию при помощи тягового генератора, а затем при помощи тяговых электродвигателей обратно преобразуется в механическую энергию вращения гусениц или ведущих колес. При этом механическая связь двигателя внутреннего сгорания и гусениц (или ведущих колес) отсутствует. Недостатком данной трансмиссии является необходимость наличия тягового генератора, что удорожает её производство. Также в трансмиссиях данного типа суммарная номинальная мощность тяговых электродвигателей должна быть сопоставима с номинальной мощностью двигателя внутреннего сгорания, так как механическая энергия двигателя внутреннего сгорания не может быть передана напрямую на гусеницы (или ведущие колеса). Это приводит в конечном счёте к удорожанию стоимости тяговых электродвигателей и тягового генератора по сравнению с системами, где такая связь присутствует, например
[RU 2652542 C1, опубликовано 26.04.2018].
RU 2643903 C1, опубликовано 06.02.2018] известна электромеханическая трансмиссия машины с двигателем внутреннего сгорания, в которой механическая энергия, создаваемая двигателем внутреннего сгорания, преобразуется в электрическую энергию при помощи тягового генератора, а затем при помощи тяговых электродвигателей обратно преобразуется в механическую энергию вращения гусениц или ведущих колес. При этом механическая связь двигателя внутреннего сгорания и гусениц (или ведущих колес) отсутствует. Недостатком данной трансмиссии является необходимость наличия тягового генератора, что удорожает её производство. Также в трансмиссиях данного типа суммарная номинальная мощность тяговых электродвигателей должна быть сопоставима с номинальной мощностью двигателя внутреннего сгорания, так как механическая энергия двигателя внутреннего сгорания не может быть передана напрямую на гусеницы (или ведущие колеса). Это приводит в конечном счёте к удорожанию стоимости тяговых электродвигателей и тягового генератора по сравнению с системами, где такая связь присутствует, например
[RU 2652542 C1, опубликовано 26.04.2018].
Раскрытие сущности изобретения
Предлагаемое изобретение направлено на решение технической задачи по устранению перечисленных недостатков.
Достигаемый при этом технический результат заключается в хорошей управляемости при совершении поворотов большого радиуса, в отсутствии повышенного износа и/или перегрева фрикционных элементов тормозной системы в процессе активного маневрирования, в отсутствии необходимости использования дополнительных источников питания (например, тяговых генераторов) для создания момента торможения на валах, механически соединённых с гусеницами или ведущими колёсами, в возможности использования для осуществления торможения электродвигателей, чья суммарная номинальная мощность в два и более раз меньше, чем номинальная мощность двигателя внутреннего сгорания.
Технический результат достигается тем, что электромеханическая трансмиссия автономного мобильного робота с двигателем внутреннего сгорания характеризуется тем, что крутящий момент двигателя внутреннего сгорания передаётся на вход автоматической коробки передач, а выход автоматической коробки передач соединён с дифференциалом, каждый выходной вал которого механически соединён с гусеницей или ведущим колесом автономного мобильного робота, и с электродвигателем, используемым для электродинамического торможения, причём суммарная номинальная механическая мощность электродвигателей как минимум в два раза меньше номинальной мощности двигателя внутреннего сгорания, при этом для непосредственного создания тормозящего момента на валах электродвигателей не используется энергия какого-либо дополнительного источника питания.
Указанные признаки изобретения являются существенными и совокупность этих признаков достаточна для получения требуемого технического результата.
В одном из вариантов осуществления изобретения каждый выходной вал дифференциала может быть выполнен с возможностью дополнительного соединения с одним или несколькими фрикционными тормозами, которые используются для экстренного торможения и/или аварийного маневрирования автономного мобильного робота в случае отказа одного или нескольких электродвигателей, используемых для электродинамического торможения.
Краткое описание чертежа
Изобретение поясняется чертежом.
Для пояснения технической сущности, принципа действия и возможности осуществления предложенного изобретения на фиг.1 показан пример электромеханической трансмиссии автономного мобильного робота с двигателем внутреннего сгорания. Она содержит: 1 – двигатель внутреннего сгорания; 2 – автоматическую коробку передач; 3 – дифференциал;
4 – электродвигатели; 5 – гусеница (или ведущее колесо); 6 – опциональный фрикционный тормоз, 7 – механическая связь между выходным валом дифференциала, электродвигателем и гусеницей (или ведущим колесом).
4 – электродвигатели; 5 – гусеница (или ведущее колесо); 6 – опциональный фрикционный тормоз, 7 – механическая связь между выходным валом дифференциала, электродвигателем и гусеницей (или ведущим колесом).
Осуществление изобретения
Работает изобретение следующим образом: двигатель внутреннего сгорания 1 передаёт крутящий момент на автоматическую коробку передач 2 , которая может быть выполнена любым известным из уровня техники способом, например при помощи вариатора, гидротрансформатора или роботизированной коробки передач с одним или несколькими сцеплениями. Выход автоматической коробки передач 2 поступает на дифференциал 3 , который имеет как минимум два выходных вала, на которые распределяется крутящий момент, поступающий с автоматической коробки передач 2 . Каждый выходной вал дифференциала 3 механически соединён с гусеницей (или ведущим колесом) 5 автономного мобильного робота и с электродвигателем 4 , используемым для электродинамического торможения соединённых с ним гусеницы (или ведущего колеса) 5 автономного мобильного робота. Механическая связь 7 между выходным валом дифференциала, электродвигателем и гусеницей (или ведущим колесом) может быть реализована любым известным из уровня техники способом, например, при помощи одной или нескольких цепных передач, в том числе объединённых между собой повышающими или понижающими редукторами.
При прямолинейном движении обмотки электродвигатели 4 отключены от какой-либо нагрузки и не создают существенного тормозящего момента на выходных валах дифференциала 3 . В случае необходимости поворота электродвигатели 4 , механически соединённые с гусеницами (или ведущими колёсами) 5 , установленными на том борту мобильного робота, в сторону которого необходимо осуществить поворот, переключаются в режим электродинамического торможения, который может быть достигнут любым известным из уровня техники способом, например при помощи подключения обмоток электродвигателя 4 к выпрямителю, выходы которого коммутируются между собой при помощи высокоскоростного транзистора. Тормозной момент, создаваемый электродвигателем 4 , может плавно регулироваться, например, путём поддержания заданного тока в обмотке электродвигателя 4 в процессе электродинамического торможения, обеспечивая тем самым плавный поворот автономного мобильного робота. Для обеспечения достаточного тормозного момента на низких скоростях движения автономного мобильного робота механическая связь между выходным валом дифференциала 3 и электродвигателя 4 может включать в себя, например, повышающий редуктор. Также для повышения тормозного момента на низких скоростях движения автономного мобильного робота электродвигатели 4 могут быть выбраны с малыми значениями индуктивности и сопротивления обмоток управления. Электропитание электронного оборудования автономного мобильного робота, в том числе используемого для управления процессами электродинамического торможения электродвигателями 4 и переключения автоматической коробки передач 2 , может быть организовано от дополнительного источника питания, например маломощного генератора, механически соединённого с выходным валом двигателя внутреннего сгорания 1 . В то же время изобретение характеризуется тем, что для непосредственного создания тормозящего момента на валах электродвигателей 4 используется только индуцированная в них противо-ЭДС и не используется энергия какого-либо дополнительного источника питания. Также изобретение характеризуется тем, что суммарная номинальная механическая мощность электродвигателей 4 как минимум в два раза меньше номинальной мощности двигателя внутреннего сгорания 1 . В частном варианте реализации изобретения каждый выходной вал дифференциала 3 может быть дополнительно соединён с одним или несколькими фрикционными тормозами 6 , что позволяет обеспечить экстренное торможение во всём диапазоне скоростей, а также создаёт резервный контур управления в случае отказа электродвигателей 4 или электроники, управляющей процессом электродинамического торможения. В то же время изобретение характеризуется тем, что фрикционные тормоза 6 не используются для маневрирования автономного мобильного робота в штатных условиях эксплуатации.
Работоспособность изобретения была проверена на макете, который наглядно продемонстрировал получение требуемого технического результата. Макет включал в себя автономный мобильный робот, созданный на базе вездехода Пелец Мини 3, трансмиссия которого была модифицирована в соответствии с формулой изобретения. В качестве двигателя внутреннего сгорания был использован Honda IGX800, в качестве автоматической коробки передачи были использованы последовательно соединённые вариатор вездехода Пелец Мини 3 и автоматическая коробка передач Jatco F414E. Последняя серийно производится в едином корпусе с дифференциалом, выходные валы которого при помощи цепных передач были соединены с гусеницами автономного мобильного робота или электродвигателями, используемыми для электродинамического торможения. В качестве электродвигателей были использованы синхронные двигатели QS Motor 2000W 120 70H Mid Drive, чьи обмотки были подключены к трёхфазному выпрямителю, выходы которого коммутировались высокоскоростным транзистором. Поддержание заданного тормозного момента в процессе электродинамического торможения обеспечивалось за счёт регулирования тока на выходе выпрямителя при помощи пропорционально-интегрального регулятора. Механическая связь между выходными валами дифференциала и электродвигателями представляла из себя повышающий редуктор с коэффициентом редукции 5:1.
В ходе проведённых с использованием макета экспериментов была продемонстрирована возможность поддержания заданного тормозящего момента в диапазоне скоростей от 3 до 20 км/ч, что обеспечило хорошую управляемость гусеничного мобильного робота, в том числе при совершении поворотов большого радиуса. При этом в процессе активного маневрирования не использовались какие-либо фрикционные элементы тормозной системы, что позволило обеспечить отсутствие их повышенного износа и/или перегрева. В процессе проведения экспериментов для создания момента торможения на валах, механически соединённых с гусеницами, не использовались дополнительные источники питания (например, тяговые генераторы). Тормозной момент в электродвигателях создавался исключительно за счёт индуцированной в них противо-ЭДС. Суммарная номинальная мощность использованных электродвигателей составила 4 кВт, что в 4.45 раз меньше, чем номинальная мощность используемого двигателя внутреннего сгорания, которая составила 17.8 кBт.
Аналогичные результаты были получены на макете, основанном на заднеприводной четырёх колёсной мобильной платформе с двигателем внутреннего сгорания номинальной мощностью 9.5 кВт. Так, в ходе проведённых экспериментов была продемонстрирована хорошая управляемость колёсного мобильного робота при совершении поворотов малого и большого радиуса, при этом в процессе активного маневрирования не использовались какие-либо фрикционные элементы тормозной системы, что позволило обеспечить отсутствие их повышенного износа и/или перегрева. В процессе проведения экспериментов для создания момента торможения на валах, механически соединённых с ведущим колёсами, не использовались дополнительные источники питания (например, тяговые генераторы). Тормозной момент в электродвигателях создавался исключительно за счёт индуцированной в них противо-ЭДС. Суммарная номинальная мощность использованных электродвигателей составила 4 кВт, что в 2.375 раз меньше, чем номинальная мощность используемого двигателя внутреннего сгорания.
Таким образом, результаты проведённых с использованием макета экспериментов продемонстрировали достижение заявленного технического результата.
Claims (2)
1. Электромеханическая трансмиссия автономного мобильного робота с двигателем внутреннего сгорания, характеризующаяся тем, что крутящий момент двигателя внутреннего сгорания передаётся на вход автоматической коробки передач, а выход автоматической коробки передач соединён с дифференциалом, каждый выходной вал которого механически соединён с гусеницей или ведущим колесом автономного мобильного робота и с электродвигателем, используемым для электродинамического торможения соединённых с ним гусеницы или ведущего колеса, причём суммарная номинальная механическая мощность электродвигателей как минимум в два раза меньше номинальной мощности двигателя внутреннего сгорания, при этом для непосредственного создания тормозящего момента на валах электродвигателей не используется энергия какого-либо дополнительного источника питания.
2. Электромеханическая трансмиссия автономного мобильного робота по п.1, характеризующаяся тем, что каждый выходной вал дифференциала выполнен с возможностью дополнительного соединения с одним или несколькими фрикционным тормозами, которые используются для экстренного торможения и/или аварийного маневрирования автономного мобильного робота в случае отказа одного или нескольких электродвигателей, используемых для электродинамического торможения.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2786892C1 true RU2786892C1 (ru) | 2022-12-26 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2510342C2 (ru) * | 2012-07-04 | 2014-03-27 | Закрытое Акционерное Общество Научно-производственная фирма "ТЕМП" | Регулятор электродинамического тормоза локомотива |
RU147999U1 (ru) * | 2014-08-14 | 2014-11-20 | Павел Федорович Попов | Универсальное транспортное средство |
US9481414B1 (en) * | 2009-04-10 | 2016-11-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Spherical tractor operating mobile platform |
RU2666049C1 (ru) * | 2014-12-29 | 2018-09-05 | Сименс Акциенгезелльшафт | Надежный электрический тормоз для синхронного двигателя |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9481414B1 (en) * | 2009-04-10 | 2016-11-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Spherical tractor operating mobile platform |
RU2510342C2 (ru) * | 2012-07-04 | 2014-03-27 | Закрытое Акционерное Общество Научно-производственная фирма "ТЕМП" | Регулятор электродинамического тормоза локомотива |
RU147999U1 (ru) * | 2014-08-14 | 2014-11-20 | Павел Федорович Попов | Универсальное транспортное средство |
RU2666049C1 (ru) * | 2014-12-29 | 2018-09-05 | Сименс Акциенгезелльшафт | Надежный электрический тормоз для синхронного двигателя |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11446997B2 (en) | Hybrid powertrain with a gearbox and method to control the hybrid powertrain | |
US7950481B2 (en) | Electric powertrain for machine | |
AU2023201255B2 (en) | Drive configurations for skid steered vehicles | |
JP3376262B2 (ja) | ハイブリッド車両の非常駆動装置 | |
US4471669A (en) | Track drive system with dual mode steering | |
US6234930B1 (en) | Transmission and vehicle using same | |
US8485286B2 (en) | Drive configuration for skid steered vehicles | |
EP1167110A2 (en) | Control for vehicle electric drive system | |
WO2007106480A2 (en) | Compact fault tolerant variable cross-drive electromechanical transmission | |
EP3305616B1 (en) | Start control device for hybrid vehicle | |
KR20150023864A (ko) | 하이브리드 차량을 가속시키기 위한 방법 | |
US9771062B2 (en) | Method for braking a vehicle | |
EP2867047A1 (en) | A method for gearchange of a hybrid vehicle | |
RU2786892C1 (ru) | Электромеханическая трансмиссия автономного мобильного робота с двигателем внутреннего сгорания | |
EP4055302B1 (en) | Transmission assembly for a vehicle | |
CN114248617A (zh) | 具有多个电机和扭矩组合组件的作业车辆驱动器 | |
KR20230160322A (ko) | 휠측 조향 차량을 위한 조향 구동 시스템, 휠측 조향 차량 및 이것을 작동하기 위한 방법 | |
JP3137522B2 (ja) | 油圧駆動式装軌車両の発進時直進補正制御装置 | |
JP6773459B2 (ja) | 無段変速機 | |
JP2019031201A (ja) | 車軸駆動装置およびハイブリッド車両 | |
Gibson | Robot actuators-mobile platforms and their control |