Шасси колесного робота



Шасси колесного робота
Шасси колесного робота
Шасси колесного робота

 


Владельцы патента RU 2564796:

Научно-исследовательская лаборатория автоматизации проектирования, общество с ограниченной ответственностью (НИЛ АП, ООО) (RU)

Изобретение относится к области робототехники и предназначено для построения колесных андроидных роботов, используемых внутри помещений. Шасси колесного робота содержит прямоугольную раму, два ведущих колеса, выполненные большего диаметра и с жестко закрепленными осями, два пассивных колеса, выполненные меньшего диаметра и свободно вращающимися вокруг вертикальной оси, и пятое пассивное колесо, выполненное большего диаметра и с жестко закрепленной осью. При этом ведущие колеса расположены по углам впереди рамы, два пассивных колеса меньшего диаметра - по углам сзади рамы, а пятое пассивное колесо расположено посредине между пассивными колесами меньшего диаметра. Причем расстояние от нижней точки пятого колеса до пола меньше половины диаметра пассивных колес меньшего диаметра. Изобретение обеспечивает возможность переезда через пороги дверных проемов при сохранении устойчивости. 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области робототехники и предназначено для построения колесных андроидных роботов, используемых внутри помещений.

Уровень техники

Робот, используемый внутри помещений, должен обладать высокой маневренностью и способностью преодолевать пороги в дверных проемах.

Колесные андроидные роботы изготавливаются одноколесными, двухколесными, трехколесными, четырехколесными, шестиколесными. Достоинством одно- и двухколесных роботов является их высокая маневренность и возможность преодоления порогов благодаря большому диаметру колес. Высокая маневренность достигается благодаря тому, что каждое из двух колес имеет свой привод и поворот выполняется путем вращения колес в противоположных направлениях. Однако при выключенном питании такой робот теряет устойчивость, а применение третьего (поддерживающего) колеса или опорной планки для сохранения устойчивости не решает проблемы, поскольку площадь образующейся опоры недостаточно высока. Учитывая, что типовой вес андроидных роботов составляет 40-80 кг, использование одно- и двухколесных роботов в доме может нанести вред здоровью окружающих при потере роботом устойчивости.

Более устойчивым и одновременно маневренным является трехколесный робот при условии использования трех всенаправленных ведущих колес [см., например, патент US 2013/0226340 A1, фиг.3]. Однако такие колеса сложны, что приводит к их высокой стоимости.

При использовании же трех обычных жестко закрепленных колес с одним пассивным колесом в случае поворота робота третье (пассивное) колесо движется юзом, что требует излишних затрат энергии, мощности двигателей и приводит к ускоренному износу колеса. Аналогичная проблема возникает при использовании четырех жестко закрепленных обычных колес.

Указанная проблема юза может быть решена применением поворачивающихся передних колес (см., например, http://www.ais.uni-bonn.de/nimbro/@Home/images/GO13/GO13_NimbRo_RIPS.jpg), но это существенно усложняет конструкцию приводов колес и увеличивает стоимость шасси.

Заметим, что трехколесное шасси менее устойчиво, чем четырехколесное при тех же продольных и поперечных размерах робота. Поэтому в настоящем изобретении используется четырехколесное шасси.

Проблему юза четырехколесного шасси можно решить, используя два ведущих колеса и два пассивных (ведомых) колеса, если пассивные колеса выполнены так, что во время качения могут вращаться на шарнирах вокруг вертикальной оси. Такие колеса обычно используют для офисных кресел на колесиках. Шасси такой конструкции имеет высокую маневренность и одновременно высокую устойчивость. Из эргономических и конструктивных соображений для упрощения и обеспечения малых размеров шасси пассивные колеса удобно выбирать гораздо меньшего диаметра, чем ведущие колеса, которые выбирают исходя из высоты порогов в доме. Например, для порогов высотой 10 см диаметр ведущего колеса шасси робота должен быть более 20 см.

Однако при использовании пассивных колес малого диаметра (например, 4-5 см) переезд такого шасси через порог, высота которого больше половины диаметра пассивных колес, становится невозможным.

Известно шасси колесного робота (Патент CN 101554726 B), содержащее два колеса, устойчивость которого обеспечивается системой автоматического регулирования (САР). Недостатком этого устройства является потеря устойчивости при поломке САР, что недопустимо в описываемом применении, а также высокая сложность системы САР.

Известно также шасси [US 2012/0061155 A1, fig.2E], содержащее четыре колеса, каждое из которых может поворачиваться вокруг вертикальной оси. Недостатком этого устройства является высокая сложность, поскольку каждое из колес требует двух отдельных двигателей для вращения вокруг как горизонтальной, так и вертикальной оси (для поворачивании шасси).

Наиболее близким к предлагаемому устройству (прототипом) является шасси колесного робота [http://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb648760.aspx], содержащее два больших ведущих и два маленьких пассивных колеса, которые могут вращаться вокруг вертикальной оси, что предохраняет колеса от юза, причем переднее пассивное колесо расположено впереди ведущих колес, заднее - позади них. Для разворота на месте используется вращение ведущих колес в противоположных направлениях. Недостатком прототипа является невозможность преодоления порогов, поскольку при наезде передним пассивным колесом на порог одно из ведущих колес отрывается от пола.

Сущность изобретения

В предлагаемом изобретении используются также два больших ведущих колеса 1 (фиг.1) с жестко закрепленными осями и два маленьких пассивных колеса 3, имеющих возможность свободно вращаться вокруг вертикальной оси. Однако, в отличие от прототипа, ведущие колеса 1 расположены впереди прямоугольной рамы 4, а оба пассивных колеса 3 - сзади рамы 4 и введено дополнительно большое пятое колесо 2 с жестко закрепленной осью, которое является пассивным и установлено посредине между двумя пассивными колесами 3 так, что при движении по ровному полу оно не касается пола, а имеется зазор 5 (фиг.2) величиной не более половины диаметра пассивного колеса, поэтому движение шасси выполняется на четырех колесах. При переезде через порог (фиг.3, а-д) пятое колесо касается порога (фиг.3, б) и принимает нагрузку на себя (фиг 3, б-в), затем приподнимает раму и с ней маленькие пассивные колеса до уровня, когда они могут переехать через порог (фиг.3, в), далее нагрузку принимают на себя маленькие пассивные колеса (фиг.3, г), далее, при съезде с порога, нагрузку с маленьких колес опять принимает на себя большое пятое колесо (фиг.3, д).

Техническим результатом описанной конструкции шасси является возможность переезда через порог при сохранении максимально возможной устойчивости шасси на плоской поверхности (поскольку колеса расположены по углам прямоугольной рамы) и высокой маневренности (поскольку шасси позволяет выполнить разворот на месте путем вращения ведущих колес в противоположных направлениях).

Перечень фигур чертежей и иных материалов

Фиг.1 - общий вид шасси колесного робота. Здесь 1 - два ведущих колеса; 2 - пятое колесо; 3 - два пассивных колеса; 4 - рама.

Фиг.2 - вид сбоку на шасси колесного робота. Здесь 1 - два ведущих колеса: 2 - пятое колесо; 3 - два пассивных колеса; 4 - рама; цифрой 5 обозначен зазор между пятым колесом и поверхностью, по которой движется шасси.

Фиг.3 - иллюстрация процесса переезда шасси через порог.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Осуществляется изобретение в соответствии с описанием в разделе "Сущность изобретения", важным является выбор положения пятого колеса. Зазор между пятым колесом и поверхностью пола выбирается не более половины диаметра пассивных колес, но больше высоты неровностей поверхности между колесами, по которой движется шасси. Например, этот зазор может быть равен 1 см.

Работа устройства очень проста, описана в разделе "Сущность изобретения" и иллюстрируется фиг.3.

По мнению автора, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку существует большое количество (более сотни) патентов на шасси роботов, а также действующих образцов шасси, ни одно из которых не содержит описанного выше решения и одновременно все они имеют такие недостатки, как плохая устойчивость, плохая маневренность, невозможность переезда через порог либо гораздо более сложны.

Предложенная конструкция шасси робота испытана экспериментально, достаточно проста, технологична и в настоящее время готовится технологическая оснастка для ее серийного производства.

Шасси колесного робота, используемого внутри помещений, содержащее прямоугольную раму, два ведущих колеса, выполненные большего диаметра и с жестко закрепленными осями, и два пассивных колеса, выполненные меньшего диаметра и свободно вращающимися вокруг вертикальной оси, отличающееся тем, что оно снабжено пятым пассивным колесом, выполненным большего диаметра и с жестко закрепленной осью, при этом ведущие колеса расположены по углам впереди рамы, два пассивных колеса меньшего диаметра - по углам сзади рамы, а пятое пассивное колесо расположено посредине между пассивными колесами меньшего диаметра, причем расстояние от нижней точки пятого колеса до пола меньше половины диаметра пассивных колес меньшего диаметра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области робототехники и предназначено для построения колесных андроидных роботов. Устройство для подъема и пускания торса андроидного робота содержит основание, на котором закреплен двигатель, и гайку, навинченную на винт, опирающийся на подшипник.

Робототехнический комплекс содержит самоходное управляемое транспортное средство, пульт дистанционного управления, систему управления движением, систему навигации, систему связи и передачи данных, комплект специального оборудования, систему технического зрения, исполнительные механизмы.

Изобретение относится к робототехнике и может найти применение в качестве мобильного робота и самодвижущейся транспортной тележки для использования в цехах промышленных предприятий с высокими градиентами окружающей температуры.

Изобретение относится к сканирующей зондовой микроскопии, микромеханике, робототехнике и нанотехнологии. Шагающий робот-нанопозиционер предназначен для прецизионного перемещения зонда микроскопа или исследуемого под микроскопом образца и содержит перемещаемую платформу, более трех опор и несущую поверхность, его конструктивные элементы изготовлены из материалов с малыми коэффициентами теплового расширения.

Изобретение относится к военной технике, а именно к способам применения многофункциональных робототехнических комплексов, предназначенных для дистанционной работы, и может быть использовано для решения задач обеспечения боевых действий сухопутных войск.

Изобретение относится к военной и специальной технике а именно к робототехническим комплексам, предназначенным для дистанционной работы в условиях боевых действий, а также в труднодоступных и опасных для присутствия человека местах.
В способе перед началом выполнения работ устанавливают значения параметров для управления машиной. Далее оператор указывает направление на объект с одновременным измерением, по меньшей мере, одного угла направления на объект относительно базового направления, с последующим автоматизированным управлением движениями машины и/или ее подвижных частей.

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в роботах, предназначенных для ликвидации чрезвычайных ситуаций, например, для обнаружения и уничтожения взрывоопасных устройств.

Изобретение относится к робототехнике. .

Изобретение относится к робототехнике, а именно к робототехническим комплексам, предназначенным для дистанционной работы в труднодоступных и опасных для присутствия человека местах. Мобильный робототехнический комплекс содержит мобильный робот, который представляет собой самоходное транспортное средство с электроприводом движителя и бортовыми источниками питания, на котором смонтированы система дистанционной связи с постом дистанционного управления, бортовая телевизионная система, которая включает отдельные видеоблоки, расположенные на звеньях многостепенного манипулятора и на корпусе транспортного средства. Мобильный робототехнический комплекс снабжен системой видеонаблюдения с беспроводным устройством передачи сигнала оператору, смонтированной на беспилотном летательном аппарате винтового типа, связанной с постом дистанционного наблюдения. Изобретение обеспечивает возможность получения непрерывной визуальной информации о месте работы с необходимых ракурсов и оперативно менять ракурс, увеличивает эффективность использования и срок службы мобильного робота при его использовании в зонах высокого риска разрушения, повышает точность дистанционных манипуляций с предметами. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области робототехники, а именно к робототехническим средствам, предназначенным для работы в дистанционном режиме в особо опасных условиях без участия человека. Способ автоматического управления наземным робототехническим комплексом включает радиообмен между пультом управления и объектом управления, обеспечение ввода и обработки входной информации, поступающей от бортовых датчиков, осуществление вычисления текущей ориентации и местоположения робототехнического комплекса. При этом осуществляют автоматический возврат робототехнического комплекса в точку старта или в зону уверенного радиообмена при потере радиосвязи между пультом и объектом управления по ранее пройденной траектории с корректировкой этой траектории в обход обнаруженных препятствий. Для этого производится реализация на борту робототехнического комплекса базовых алгоритмов движения в заранее неизвестной обстановке. Предлагаемое техническое решение позволит решить задачу трехмерной визуализации робототехнического комплекса в окружающей обстановке с наложением опасных факторов аварийной ситуации и задачу автономных движений по скорректированным при необходимости траекториям. 1 ил.

Для реализации задачи обнаружения препятствий, возникающих на пути движения мобильного робототехнического комплекса, используют ультразвуковые датчики, установленные по периметру комплекса. Перед началом движения в системе управления задают предельную дальность обнаружения препятствия и вводят зону гистерезиса, когда расстояние до препятствия находится на границе зоны обнаружения. После выбора основного направления движения и начала движения осуществляют непрерывную обработку данных с ультразвуковых датчиков. После обнаружения препятствия определяют угол поворота комплекса для выполнения маневра по объезду препятствия, для чего в состав комплекса введен аналоговый датчик угловой скорости - микромеханический гироскоп. Для исключения влияния на точность вычисления угла поворота перед использованием комплекса проводят калибровочные работы, складывающиеся из двух частей. Первая - калибровка «нуля» датчика и принятие постоянной поправки X к значению угловой скорости. Вторая - нахождение масштабных коэффициентов К1, К2 для вычисления значений угла поворота. Для получения требуемой точности выполняют предварительную фильтрацию оцифрованного сигнала угловой скорости по методу скользящего среднего. Для получения значения угла - численное интегрирование значения угловой скорости с учетом коэффициента К. Достигается определение с высокой точностью угла поворота для выбора дальнейшего направления движения. 5 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для транспортировки и заливки воды в баки на фермы. Технический результат - повышение скорости доставки воды на фермы. Электроробот-водовоз содержит цистерну, двигатель, люк с автоматическим люкозатворным механизмом, насос, датчик уровня воды в баке, электрифицированную платформу, кабину. Также он содержит пантограф для питания электроробота-водовоза по контактной сети постоянного тока, манипулятор со шлангом для слива воды в бак, две веб-камеры внешнего вида с адаптером, две веб-камеры для контроля работы манипулятора, wi-fi передатчик для связи с центром управления и систему управления. Система управления содержит микроконтроллер, блок синхронизации для контроля места остановки электроробота-водовоза, регулятор скорости и блок диагностики электрических и механических узлов. 2 ил.

Изобретение относится к модулю обнаружения препятствий и роботу-уборщику, включающему упомянутый модуль. Робот-уборщик содержит корпус, приводное устройство для приведения в движение корпуса, модуль обнаружения препятствий для обнаружения препятствий вокруг корпуса и устройство управления для управления приводным устройством на основании результатов, полученных модулем обнаружения препятствий. Модуль обнаружения препятствий содержит по меньшей мере один излучатель света и приемник света. Излучатель света включает в себя источник света и широкоугольную линзу для преломления или отражения света от источника света для рассеивания падающего света в виде плоского света. Приемник света содержит отражающее зеркало для повторного отражения отраженного света, отражаемого препятствием, для генерации отраженного света, оптическую линзу, отнесенную от отражающего зеркала на заданное расстояние, чтобы позволить отраженному свету проходить через оптическую линзу, и датчик изображений и схему обработки изображений. Изобретение позволяет повысить точность обнаружения препятствий без использования множества датчиков или отдельного сервомеханизма. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 52 ил.
Наверх