БЕЗВИНТОВОЙ НАДВОДНЫЙ РОБОТ

Полезная модель относится к самоходным транспортным средствам, а именно, мобильным роботам с движителем иным, чем обычные колеса или гусеницы.
Из уровня техники известен подводный плавающий робот с бионическим принципом движения (патент RU124656 U1, МПК B62D 57/00, опубл. 10.02.2013), содержащий корпус с обтекаемой носовой частью, первый приводной блок, закрепленный на корпусе, второй приводной блок, закрепленный на выходном звене первого приводного блока, хвостовой плавник, закрепленный на выходном звене второго приводного блока, электропривод, закрепленный на корпусе робота, гидроцилиндр, закрепленный на корпусе робота, причем поршень гидроцилиндра соединен со штоком электропривода. Из гидроцилиндра выведена наружу трубка таким образом, что при перемещении поршня гидроцилиндр может забирать воду извне или выталкивать воду во внешнюю среду. Также на корпусе робота закреплен электропривод вращения, с валом которого соединены два плавника. Каждый приводной блок состоит из корпуса приводного блока, мотор-редуктора.
Недостатками известного устройства являются его низкая технологичность, связанная со сложностью предложенной конструкции робота и низкая надежность, обусловленная наличием большого числа подвижных узлов.
Наиболее близким аналогом к заявленному устройству является вибрационный водный робот (патент RU92646 U1, МПК B62D 57/00, опубл. 27.03.2010), характеризующееся тем, что содержит движитель, представляющий собой реверсивный электродвигатель с реечной передачей, преобразующей угловое перемещение вала реверсивного электродвигателя в линейное поступательное движение свободно закрепленного на конце рейки инерционного элемента, представляющего собой металлический цилиндр с возможностью скольжения в направлении движения рейки реверсивного электродвигателя.
Недостатком известного технического решения является невозможность осуществлять реверсивное движение по воде без разворота корпуса робота, что ограничивает использование устройства задачами, требующими линейного реверсивного перемещения по поверхности воды.
Основной технической задачей, на решение которой направлено заявленное устройство, является обеспечение возможности придания безвинтовому надводному роботу совершать реверсивное движение.
Указанная задача решена за счет того, что безвинтовой надводный робот содержит движитель, выполненный в виде двух вращающихся в противоположные стороны с постоянной разностью фаз эксцентриков, расположенных внутри корпуса робота и приводящихся в движение электродвигателем посредством зубчатых колес. Корпус безвинтового надводного робота выполнен в виде полого эллиптического цилиндра с килем, расположенным вдоль главной диагонали эллиптического основания корпуса, обеспечивающим различные значения силы сопротивления в продольном и поперечном направлениях. Регулирование скорости вращения электродвигателя позволяет изменять скорость движения робота.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью конструктивных признаков, является обеспечение возможности придавать роботу реверсивное движение, за счет изменения направления вращения вала электродвигателя.
Конструкция полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен безвинтовой надводный робот в разрезе, на фиг. 2 - вид робота сбоку, на фиг. 3 - Схемы четырех характерных фаз алгоритма движения робота.
Безвинтовой надводный робот содержит движитель 1, выполненный в виде двух вращающихся в противоположные стороны с постоянной разностью фаз эксцентриков 2, расположенных внутри корпуса робота и приводящихся в движение электродвигателем 3 посредством зубчатых колес 4 и 5. Корпус безвинтового надводного робота выполнен в виде полого эллиптического цилиндра с килем 6, расположенным вдоль главной диагонали эллиптического основания корпуса, обеспечивающим различные значения силы сопротивления в продольном и поперечном направлениях.
Устройство работает следующим образом. Во время движения вперед, электродвигатель 3 вращает шестерню 7, посредством зубчатых колес 4 и 5 крутящий момент передается на эксцентрики 2, обеспечивая тем самым смещение центра масс робота. Особая конструкция корпуса робота, выполненного в виде эллиптического цилиндра с килем, расположенным вдоль главной оси, обеспечивает меньшее сопротивление жидкости при движении корпуса вдоль главной оси, чем при поперечном движении.
Алгоритм движения робота вперед (фиг. 3) имеет 4 характерных фазы, рассмотренные ниже.
1
2
1
2
1
2
1
2
1-я фаза: (позиция а) на фиг. 3). Оба эксцентрика направлены в одну сторону, следовательно центр масс Ζ смещается относительно геометрического центра G в сторону поворота эксцентриков. При вращении эксцентриков относительно осей вращения C и C создаются кинетические моменты Μ и М и моменты сил сопротивления (противомоменты) М′ и М′ соответственно. Моменты М′ и М′ создают момент N, относительно мгновенного центра масс Z, и приводят корпус робота к вращению, перемещая геометрический центр из точки G в точку G′.
2-я фаза: (позиция б) на фиг. 3). Эксцентрики расположены вдоль киля и направлены в противоположные стороны. Мгновенный центр масс и центр симметрии совпадают. Противомоменты вращения эксцентриков компенсируются большим сопротивлением жидкости в перпендикулярном направлении к килю, поэтому в данной фазе конструкция находится в покое.
1
2
3-я фаза: (позиция в) на фиг. 3). Эксцентрики направлены в одну сторону. Мгновенный центр масс Ζ смещается в сторону эксцентриков. Противомоменты вращения эксцентриков М′ и М′ создают момент N, относительно мгновенного центра масс Ζ, и приводят корпус робота к вращению, перемещая геометрический центр из точки G в точку G′.
4-я фаза: (позиция г) на фиг. 3). Эксцентрики направлены в противоположные стороны. Мгновенный центр масс Ζ и геометрический центр масс G совпадают. Противомоменты вращения эксцентриков компенсируются большим сопротивлением жидкости в перпендикулярном направлении к килю, поэтому в данной фазе конструкция находится в покое.
На протяжении всех четырех фаз точка геометрического центра G смещается либо вперед, либо находится на одном месте, что в целом приводит к осуществлению поступательного движения вдоль киля. Реверсивное движение устройства достигается изменением направления вращения вала электродвигателя.