Мобильная роботизированная платформа с трехколесной трансмиссией для доставки грузов

Полезная модель относится к транспортному роботостроению, в частности к производству высокоманевренных самоходных роботизированных устройств, предназначенных для доставки полезных грузов в сложной производственной обстановке, а также для установки технологического оборудования, необходимого для выполнения заданной технологической операции.
Известен мобильный робот для обработки поверхностей крупногабаритных стационарных объектов, содержит платформу, установленную на транспортном средстве, манипулятор, выполненный в виде снабженных приводами и шарнирно соединенных между собой звеньев, на конечном из которых размещен рабочий орган. Манипулятор установлен на горизонтальной направляющей с шаговым двигателем перемещения, при этом горизонтальная направляющая закреплена на каретке, установленной на вертикальной колонне с возможностью перемещения при помощи зубчато-реечной мелкомодульной передачи и шагового двигателя, колонна жестко закреплена на платформе в центре масс транспортного средства. Привод движения транспортного средства выполнен в виде одного ведущего колеса, связанного через редуктор с шаговым двигателем. Робот снабжен четырьмя индивидуально управляемыми рулевыми машинками для изменения направления движения, обеспечивающими поворот колес, размещенных в углах транспортного средства так, что центр ведущего колеса находится на пересечении линий, соединяющих оси поворота указанных колес, при этом шаговые приводы перемещения робота и манипулятора выполнены с возможностью управления посредством контроллеров управления (Патент РФ на ПМ № 208 976 от 25.01.2022 г., бюл. №3).
Недостатком предложенного устройства является малая маневренность - отсутствие возможности поворота на месте. Ведущее колесо осуществляет поворот и вращение. Пара ведомых колес имеет одну общую ось и осуществляет совместный поворот относительно центра вращения колесной пары. При реализации такой кинематической схемы в момент осуществления поворота, МЦС находится за пределами опорной плоскости платформы, - поворот на месте не осуществляется. Предложенная кинематическая схема прототипа не позволяет реализовать точное маневрирование и позиционирование робота относительно заданного объекта, в том числе объекта с криволинейной поверхностью. Разворот на 360° может быть осуществлен на площади, «не превышающей значительно габаритные размеры данного устройства». Кроме того, в рассматриваемой полезной модели отсутствует описание ограничения поворота ведомой колесной пары. Существует опасность параллельного расположения ведущего колеса и  рояльной колесной пары при осуществлении поворота, что может привести к опрокидыванию предложенного устройства.
Техническая задача полезной модели - повышение маневренности при движении платформы в стесненных условиях, в том числе осуществление поворота на месте без проскальзывания, а также осуществление движения параллельно препятствию.
Поставленная задача решается тем, что мобильная роботизированная платформа с трехколесной трансмиссией для доставки грузов, выполненная в виде силового каркаса, на котором установлено одно рояльное колесо на стойке с выносом, неограниченно вращающееся вокруг опорной стойки, и два идентичных ведущих колесных модуля движения, соосных по вертикальной оси, проходящей через выходные валы редукторов и имеющих возможность независимого поворота относительно этой оси, каждый из которых состоит из вертикальной стойки, содержащей вертикально размещенный привод вращения и редуктор, вращающий в горизонтальной плоскости полуось ведущего колеса, на которой установлен электропривод вращения ведущего колеса.
Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение технической задачи полезной модели - повышение маневренности при движении платформы в стесненных условиях, в том числе осуществление поворота на месте без проскальзывания, а также осуществление движения параллельно препятствию.
На фиг. 1. изображена структурная схема  мобильной роботизированной платформы с трехколесной трансмиссией для доставки грузов, которая содержит силовой каркас 1, на котором установлено два идентичных ведущих колесных модуля движения, имеющих общую вертикальную геометрическую ось 2, проходящую через выходные валы редукторов 13, 14, при этом обеспечивается независимый  поворот  ведущих модулей движения относительно вертикальной оси 2. Каждый из модулей включает в себя поворотный электропривод 9, 10, редуктор 13, 14, кинематически связанный с горизонтальной полуосью ведущего колеса 3, 4. На полуосях 3,4 ведущих колес 5, 6 установлены электроприводы 11, 12, вращающие каждое ведущее колесо 5, 6 соответственно, а так же на силовом каркасе 1 установлено одно рояльное колесо 7 на стойке 8 с выносом, неограниченно вращающееся вокруг опорной стойки 8.
Мобильная роботизированная платформа с трехколесной трансмиссией для доставки грузов работает следующим образом. Ведущие колесные модули осуществляют независимый поворот относительно общей вертикальной оси 2 посредством электродвигателей 9 и 10, передающих вращение на полуоси 3 и 4 посредством редукторов 13 и 14. Вращение колес 5 и 6 осуществляется с помощью электродвигателей 11 и 12, установленных на полуоси 3 и 4 ведущих колес 5 и 6. Рояльное колесо 7 свободно вращается вокруг опорной стойки 8 и вокруг своей оси.
При реализации прямолинейного движения, полуоси 3 и 4 расположены в горизонтальной плоскости под углом 180° друг к другу, колеса 5 и 6 вращаются в одном направлении с одинаковой угловой скоростью. Траектория движения колеса 7 параллельна траекториям ведущих колес 5 и 6. При выполнении поворота меняется относительный угол поворота ведущих модулей относительно силового каркаса 1, причем полуоси 3 и 4 могут быть расположены под углом 180° друг к другу, реализуя схему поворота колесной пары относительно общей вертикальной стойки 2, а так же под любым произвольным углом по отношению друг к другу, что позволяет регулировать положение мгновенного центра вращения и совмещать его проекцию с проекцией центра масс мобильной роботизированной платформы, что в свою очередь приводит к сокращению сил инерции в момент поворота платформы, что является особенно важным при перевозке крупногабаритных грузов и навесного оборудования высокой массы.
Вращение колесных дисков 5 и 6 в режиме поворота может осуществляться независимо: в этом случае направление вращения ведущих колес 5 и 6 и их угловая скорость вращения различаются. Поворот платформы «на месте» осуществляется вокруг точки - проекции общей вертикальной оси 2 на горизонтальную плоскость.
При реализации такой кинематической схемы в момент осуществления поворота, мгновенный центр скоростей (МЦС) находится в пределах опорной плоскости платформы, - осуществляется поворот на месте. Предложенная кинематическая схема позволяет реализовать точное маневрирование и позиционирование робота относительно заданного объекта, в том числе объекта с криволинейной поверхностью. Разворот на 360° может быть осуществлен в пределах габаритных размеров предложенного устройства. Кроме того, предложенная кинематическая организация позволяет при необходимости осуществлять параллельное движение платформы относительно препятствия.
При наличии достаточного пространства для выполнения поворота, горизонтальные полуоси 3 и 4 могут оставаться соосными, при этом, ведущие модули движения образуют классическую колесную пару, поворот которой в выбранном направлении осуществляется с помощью электроприводов 9 и 10, расположенных на вертикальной оси 2. При этом электроприводы 11 и 12, установленные на горизонтальных полуосях 3 и 4, могут задавать различную угловую скорость и направление вращения ведущим колесам 5 и 6. При этом осуществляется поворот мобильной роботизированной платформы с заданным радиусом относительно МЦС, а само положение МЦС находится за пределами опорной плоскости платформы. В случае, если угловые скорости вращения колес 5 и 6 совпадают по модулю и имеют противоположные направления, центр вращения находится в точке проекции вертикальной оси 2 на опорную плоскость, - таким образом, реализуется частный случай поворота на месте.
Использование предлагаемого устройства позволяет повысить маневренность при движении в стесненных условиях, реализовать движение параллельно препятствию, что тем самым снижает аварийность при транспортировке грузов, в свою очередь, повышая функциональность использования мобильной роботизированной платформы.