SK362014U1 - Integrovaný elektrický pohon kolies v kyvných ramenách podvozka bezobslužného pozemného vozidla (UGV) - Google Patents

Abstract

Riešenie integrovaného elektrického pohonu kolies v kyvných ramenách podvozka predstavuje konštrukčné spojenie kyvného ramena podvozka vozidla UGV s elektromotorom/generátorom (1) prichyteným pomocou zadného krytu (13) o nosnú časť kyvného ramena (11), ktoré je spojené drážkovaným spojom s hriadeľom (4) centrálneho kolesa spojeného prostredníctvom drážkovaného spoja s diskom (12) kotúčovej brzdy. Korunové koleso (2) je súčasťou nosnej časti planétovej prevodovky, ktorá je skrutkami s vnútorným šesťhranom pevne prichytená o zadný kryt (14) planétovej prevodovky. Planétová prevodovka je uložená do montážneho otvoru nosnej časti kyvného ramena (11). Náboj (9) disku (10) kolesa je pevne spojený pomocou drážkovaného spoja s hnaným hriadeľom (8) náboja (9) disku (10) kolesa a poistený proti axiálnemu pohybu poistnou maticou (15).

Description

INTEGROVANÝ ELEKTRICKÝ POHON KOLIES V KYVNÝCH RAMENÁCH PODVOZKU BEZOBSLUŽNÉHO POZEMNÉHO VOZIDLA (UGV)

Oblasť techniky

Riešenie integrovaného elektrického pohonu kolies v kyvných ramenách podvozku bezobslužného pozemného vozidla UGV patrí do oblasti koncepčných návrhov nových, progresívnych systémov pre elektrické pohony mobilnej techniky.

Integrovaný elektrický pohon kolies v kyvných ramenách podvozku je použiteľný hlavne pre bezobslužné robotické vozidla, ktoré sú nasadzované do náročných terénov, rozrušených urbanizovaných oblastí, na riešenie krízových situácií (požiare v tuneloch a vo velkoplošných garážach, zamorené priestory, záchranárske misie v neprístupných oblastiach a iné) a podobne.

Navrhovaný integrovaný elektrický pohonný systém je použiteľný pre bezobslužné robotické vozidlá a pre nákladné terénne vozidlá s elektrickým pohonom v kolesách s konštrukčným usporiadaním kyvných ramien náprav 4x4, 6x6 a 8x8.

Implementácia integrovaného elektrického hnacieho systému je možná nielen pre elektrické pohony plaforiem robotických vozidiel typu UGV ale aj pre elektrické pohony manipulačnej a logisticko - dopravnej (vozidlovej) techniky určenej na jazdy po spevnených komunikáciách a aj do ťažkých a náročných terénov.

Aplikácia integrovaného hnacieho systému vyžaduje kolesá s pneumatikami určenými do náročného terénu. Takéto navrhované použitie integrovaného systému elektrického pohonu je potrebné pre zatáčame dvoj nápravových a viacnápravových bezobslužných robotických vozidiel v akomkoľvek teréne prostredníctvom riadenia otáčok a privádzaných hnacích momentov na jednotlivé kolesá vozidla od elektromotora cez planétovú prevodovku.

Integrovaný systém elektrického pohonu kolies je napájaný prostredníctvom elektrickej energie získanej z akumulátorového systému, hybridného energetického systému tvoreného energetickým akumulátorovým systémom a superkondenzátormi, sériovým usporiadaním hybridného pohonného systému, alebo elektrickým energetickým systémom s palivovým článkom s akumulátormi.

Doterajší stav techniky

Navrhované riešenie nebolo v minulosti a nie je ani v súčasnosti všeobecne rozšírené, pretože sa využívajú prednostne konvenčné systémy pohonov a konvenčné prvky podvozkových systémov motorových vozidiel.

Konvenčné podvozkové systémy sú vhodné pre konštrukčne menej zložité druhy bezobslužných vozidiel, napríklad pre robotické vozidlá na prepravu materiálu po spevnených komunikáciách vrátane poľných ciest. Aplikácia konvenčných podvozkových systémov nevyhovuje pre prevádzku bezobslužných vozidiel v náročnom teréne (neúnosný terén, terén s prekážkami a pod.).

Prvá zverejnená informácia o elektrickom pohonnom systéme v kyvných ramenách bola už v roku 1963 pri opise podvozku mobilného prostriedku určeného pre pohyb po mesačnom porvchu s názvom LUNOCHOD. Pohon kolies daného mesačného vozidla bol riešený spojením jednosmerného elektromotora a niekoľko stupňovej transmisie. íhttp://en.wikipedia.org/wiki/Lunokhod programmel.

Ďalšia zmienka o elektrickom pohonnom systéme bezobslužného vozidla s kyvnými ramenami je z januára 2003, kedy bolo agentúrou DARPA predstavené bezobslužné pozemné bojové vozidlo (Unmanned Ground Combat Vehicle) - UGCV Retiarius, rhttp://archive.darpa.mil/grandchallenge04/conference/programs.pdfl. Na túto úspešnú koncepciu nadviazal ďalší produkt výskumu a vývoja agentúry DARPA z apríla 2006, kedy bolo verejnosti predstavené vozidlo typu UGV (Unmanned Ground Vehicle) - UGV CRUSHER, íhttp://www.nrec.ri.cmu.edu/proiects/crusher/1. Tieto doteraz známe konštrukčné riešenia bezobslužných robotických vozidiel určených pre prevádzku v teréne sú charakteristické tým, že využívajú elektrický pohon kolies a kombinované podvozkové prvky s používaním kyvných ramien.

Uvedené bezobslužné robotické pozemné vozidlá využívajú elektrický pohon kolies, ktorý sa konštrukčne odlišuje od predkladaného návrhu usporiadaním a uložením jednotlivých prvkov elektrického pohonu kolies a jeho uchytením na systém kyvných ramien.

Navrhované konštrukčné riešenie predkladaného úžitkového vzoru je pôvodné. Na rozdiel od uvedených zahraničných bezobslužných vozidiel v predkladanom návrhu je pôvodným návrhom riešenia prenosu krútiaceho momentu unášačom planétovej prevodovky na hnaný hriadeľ, ktorý zároveň plní funkciu nosného čapu uloženia kolesa.

Podstata technického riešenia

Nedostatky a zastarané konštrukčné riešenia v súčasnosti používaných pohonných systémov bezobslužných robotických vozidiel odstraňuje zariadenie integrovaného elektrického pohonu kolies v kyvných ramenách podvozku bezobslužného pozemného vozidla (UGV) pozostávajúceho z kyvných ramien pre zavesenie integrovaného elektrického pohonu kolies, elektromotor/generátorov, planétových prevodov so zapuzdrením, hnacích a prenosových hriadeľov s uloženiami, systémov brzdových mechanizmov a nábojov kolies. Elektromotor/generátor je uchytený zadným krytom elektromotora o nosnú časť kyvného ramena. Hriadeľ elektromotor/generatora je spojený jemným drážkovaním so vstupným hriadeľom s centrálnym kolesom planétovej prevodovky. Hnací moment a brzdný moment elektromotor/generátora je násobený planétovým prevodom, uloženom na ložiskách, prenášajúc krútiaci moment cez voľne sa otáčajúce satelity planétovej prevodovky uložené na ložiskách prenášajúc krútiaci moment na unášač planétovej prevodovky pomocou čapov satelitov a pomocou korunového kolesa, ktoré je súčasťou nosnej časti krytu planétovej prevodovky. Planétová prevodovka je uchytená o nosnú časť kyvného ramena z jednej strany a súčasne je uchytená o predný kryt nosnej časti planétovej prevodovky z druhej strany. Hnaný hriadeľ - čap náboja kolesa je spojený s unášačom pomocou jemného drážkovania na výstupnej časti planétovej prevodovky. Náboj disku kolesa je pevne spojený pomocou jemného drážkovania s hnaným hriadeľom - čapom náboja kolesa a poistený voči axiálnemu pohybu poistnou maticou a pevne spojený skrutkovými spojmi s diskom kolies. Z hľadiska koncepčného riešenia, navrhovaný systém predstavuje robustné, spoľahlivé a rozoberateľné riešenie pohonu pre bezobslužné robotické systémy typu UGV, ktoré majú aj úlohy operovať v ťažkých terénoch. Tento integrovaný elektrický pohon kolies v kyvných ramenách je možno implementovať pre podvozkové platformy systémov UGV, s rôznymi geometrickými rozmermi a rôznymi usporiadaniami náprav. Integrovaný elektrický pohon kolies v kyvných ramenách podvozku bezobslužného pozemného vozidla (UGV) umožňuje zatáčanie UGV systémov šmykom čo je výhodné v ťažkých terénoch a na komplikovano členených povrchoch. Systém predpokladá prevádzku integrovaného elektrického pohonu kolies v náročných terénoch s vodnými prekážkami, kde všetky komponenty navrhovaného systému sú chránené pred účinkom vody.

Prehľad obrázkov na výkrese

Na priložených výkresoch (Obr. č. 1, Obr. č. 2, Obr. č. 3, Obr. č. 4, Obr. č. 5) je schematicky znázornená konštrukcia integrovaného elektrického pohonu kolies v kyvných ramenách podvozku bezobslužného pozemného vozidla (UGV). Obr. č. 1. predstavuje rez integrovaným elektrickým pohonom kolesa v kyvnom ramene podvozku bezobslužného pozemného vozidla (UGV) s označením Rez A-A. Na Obr. č.2 je znázornený čelný pohľad na kyvné rameno s uchytením elektromotora skrutkami, uchytením brzdového systému a s elektrickým napájacím systémom prostredníctvom kabeláže. Obr. č.3 predstavuje celkový pohľad na náboj kolesa, nosný systém planétovej prevodovky, planétovú prevodovku, elektromotor/generator a kyvné rameno. Obr. č.4 zobrazuje unášač planétovej prevodovky so satelitmi planétovej prevodovky, hnacie, nosné hriadele s ložiskami integrovaného pohonu a centrálnu maticu s podložkou pre uchytenie náboja kolesa. Obr. č.5 predstavuje celkový priestorový pohľad na integrovaný elektrický pohon kolies bez pneumatík v jednotlivých kyvných ramenách platformy podvozku bezobslužného pozemného vozidla (UGV).

Príklady uskutočnenia technického riešenia

Nedostatky zastaraných technických riešení odstraňuje integrovaný elektrický pohon kolies v kyvných ramenách 11 podvozku bezobslužného pozemného vozidla (UGV), ktorý sa skladá z elektromotora/generátora 1 uchyteného zadným krytom 13 elektromotora/generátora I o nosnú časť kyvného ramena 1_1. Elektromotor/generátor I je spojený drážkovaným spojom s hriadeľom 4 centrálneho kolesa a súčasne s diskom 12 kotúčovej brzdy. Kotúčová brzda slúži na zaistenie vozidla proti samovoľnému pohybu. Brzdný účinok elektromotora/generátora i je násobený planétovým prevodom, uloženým na ložiskách 16, prenášajúc krútiaci moment cez voľne sa otáčajúce satelity 3 planétovej prevodovky uložené na ložiskách na unášač 5 planétovej prevodovky pomocou čapov 6 satelitov 3 planétovej prevodovky, a pomocou korunového kolesa 2. Korunové koleso 2 je súčasťou nosnej časti krytu planétovej prevodovky, ktorá je skrutkami s vnútorným šesťhranom pevne uchytená o zadný kryt 14 planétovej prevodovky s uchytením o nosnú časť kyvného ramena 11 z jednej strany a o predný kryt 7 nosnej časti planétovej prevodovky z druhej strany, s tým, že o predný kryt 7 nosnej časti planétovej prevodovky je pomocou ložísk uložený hnaný hriadeľ 8 náboja 9 kolesa spojený s unášačom 5 planétovej prevodovky pomocou drážkovaného spoja na výstupnej časti planétovej prevodovky. Náboj 9 disku K) kolesa je pevne spojený pomocou drážkovaného spoja s hnaným hriadeľom 8 náboja 9 kolesa a poistený voči axiálnemu pohybu poistnou maticou 15. Náboj 9 disku 10 kolesa je pevne spojený skrutkovými spojmi s diskom 10 kolesa. Elektromotor/generátor 1 je napájaný prostredníctvom konektora 17 elektrickej kabeláže.

Priemyselná využiteľnosť

Integrovaný elektrický pohon kolies vkyvných ramenách podvozku bezobslužného pozemného vozidla (UGV) bude využívaný v konštrukcií bezobslužných robotických vozidiel s usporiadaním kyvných ramien náprav 4x4, 6x6 a 8x8, ktoré môžu byť aplikované aj v iných platformách mobilnej techniky nasadzovanej do náročných terénov, rozrušených urbanizovaných oblastí a podobne. Základ usporiadania integrovaného, elektrického, hnacieho systému konštrukčne uchyteného o kyvné rameno podvozku UGV tvorí spojenie kyvného ramena UGV s elektromotor/generátorom, planétovou prevodovkou ako nosnou časťou náboja kolesa a kolesom UGV. Pri prevádzkovom použití vozidiel typu UGV s integrovaným elektrickým hnacím systémom v kolesách je možné nasadzovanie týchto robotických systémov do náročných terénov, kde je potrebné aby bola využiteľná a regulovaná maximálna hnacia sila kolies, ktorá je generovaná hnacím momentom elektromotorov/generátorov. Nasadzovanie integrovaného elektrického hnacieho systému je možné nielen pre robotické vozidlá typu UGV ale aj pre manipulačnú a logistickú - dopravnú (vozidlovú) techniku určenú do ťažkých a komplikovaných terénov ako napr. pohyb v lomoch, doloch, bahnitých oblastiach a oblastiach s inými typmi poddajných povrchov. Tento systém vďaka svojej robustnosti a konštrukčnému usporiadaniu prvkov pohonu umožní pohyb vozidla v náročných terénoch pri zachovaní manévrovateľnosti vozidla a spoľahlivej prevádzky vozidla. Systém predpokladá prevádzku integrovaného elektrického pohonu kolies v náročných terénoch s vodnými prekážkami, kde všetky komponenty navrhovaného systému sú chránené pred účinkom vody. Navrhované koncepčné riešenie integrovaného elektrického hnacieho systému v kyvnom ramene umožňuje jednoduchý prístup k brzdovému systému zo strany elektromotora/generátora a jednoduchý prístup k náboju kolesa.

Navrhované riešenie integrovaného elektrického hnacieho systému v kyvných ramenách umožňuje zachovanie vysokej hodnoty svetlej výšky platformy podvozku vozidla. Konštrukčné riešenie navrhovaného integrovaného elektrického hnacieho systému je použiteľné s inými (úmernými) prvkami navrhovaného systému v definovanej mierke aj pre konštrukčne menšie bezobslužné, bezposádkové vozidlá s menšími priemermi diskov kolies a pod.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   Integrovaný elektrický pohon kolies v kyvných ramenách podvozku bezobslužného pozemného vozidla (UGV) zložený z kyvných ramien pre zavesenie integrovaného elektrického pohonu kolies, elektromotorov/generátorov, planétových prevodov so zapuzdrením, hnacích a prenosových hriadeľov s uloženiami, systémov brzdových mechanizmov a nábojov kolies vyznačujúce sa tým, že do montážneho otvoru nosnej časti kyvného ramena (11) je z vonkajšej strany skrutkami s vnútorným šesťhranom po obvode uchytená planétová prevodovka, zložená zo zadného krytu (14), dvojradového ložiska (16), drážkovaným hriadeľom (4) centrálneho kolesa, satelitmi (3), jednoradého ložiska, korunového kolesa (2), unášača satelitov (5) s čapmi (6), predným krytom (7) nosnej časti planétovej prevodovky, v ktorej je uložený pomocou ložísk hnaný hriadeľ (8) náboja (9) disku (10) kolesa istený voči axiálnemu pohybu maticou (15) a spojený drážkovaným spojom sunášačom (5) satelitov, pričom z vnútornej strany kyvného ramena je na drážkovaný hriadeľ (4) centrálneho kolesa nasunutý elektromotor/generátor (1) v ktorého dutine je na drážkovaný hriadeľ (4) centrálneho kolesa nasunutý disk (12) kotúčovej brzdy stým, že elektromotor/generátor (1) je uchytený prostredníctvom zadného krytu (13) elektromotora/generátora (1) o nosnú časť kyvného ramena (11).