Роботизированное устройство

Полезная модель относится к робототехнике, в частности транспортным роботам, и может быть использовано в качестве мобильного робота или самодвижущейся транспортной тележки для выполнения большого спектра функций человека преимущественно внутри помещений, в частности такое устройство может быть задействовано в рекламе, охране, для развлечений и даже как средство передвижения человека.
Известен мобильный робототехнический комплекс, включающий подвижную платформу, оснащенную электроприводами, устройство управления комплексом, устройство фото-видео фиксации, аккумуляторной батареей. Для управления компонентами используются электрические провода. Задачей комплекса, является проведение удаленного мониторинга окружающего пространства с возможностью беспроводной зарядки аккумуляторных батарей, для чего мобильный робототехнический комплекс дополнительно оснащен беспроводной зарядкой аккумуляторных батарей (RU 160103 U1).
Данное устройство может перемещаться по горизонтальной плоскости и совершать повороты, управление осуществляется оператором осуществляемое оператором удаленным методом посредством сети интернет.
Однако этот аналог содержит установленные на осях пары колес, что не обеспечивает возможность быстрого разворота и высокую маневренность, требующиеся при перемещении на ограниченных площадях.
Известно роботизированное устройство для очистки пола в помещениях, нуждающихся в соблюдении условий стерильности, содержащее: шасси, энергетическую подсистему для обеспечения энергией вышеуказанного роботизированного устройства для очистки пола, движущую подсистему для обеспечения движущей энергии для передвижения и функционирования роботизированного устройства для очистки пола и одноразовую чистящую подсистему, содержащую платформу, к которой прикреплены блок щеток, пылесосный блок и блок распылителей, причем энергетическая и движущая подсистемы расположены внутри шасси, и платформа одноразовой чистящей подсистемы закреплена на шасси с возможностью поворота (RU 2434569).
Это устройство также недостаточно маневренное, оно не может разворачиваться на одном месте, а также не может обеспечить доступ в угловые зоны помещения.
Известен транспортный робот, содержащий плоскую платформу, имеющую в плане треугольную форму с закругленными углами, установленные в углах платформы колеса, поворотные электродвигатели, маршевые электродвигатели и вилки колес. Вилки установлены на платформе в вершинах равностороннего треугольника. Транспортный робот содержит также источник питания (аккумуляторные батареи) и бортовую вычислительную сеть, включающую установленные на платформе головной контроллер и контроллеры управления поворотными электродвигателями и установленные на вилках соответствующих колес контроллеры управления маршевыми электродвигателями, беспроводной канал обмена данными между контроллерами бортовой вычислительной сети и три узла передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение от источника питания на контроллеры управления маршевыми электродвигателями. Изобретение обеспечивает достаточную маневренности транспортного робота (RU 2424891).
Наличие индивидуальных двигателей для каждого колеса усложняет и значительно удорожает конструкцию. Кроме того, такой транспортный робот недостаточно устойчив. На плоской платформе можно закреплять вспомогательное оборудование, но это может привести к опрокидыванию из-за потери устойчивости.
Задачей настоящего полезной модели является создание простого недорогого роботизированного устройства повышенной маневренности и устойчивости.
Указанная задача решается за счет того, что в роботизированном устройстве, включающем установленную на независимых ведущих колесах платформу, оснащенную электроприводом колес с аккумулятором, и устройством управления, согласно полезной модели, платформа имеет замкнутую коробчатую форму, два независимых ведущих колеса и два холостых, выполненных с возможностью вращения на 360°, каждая пара колес расположена вдоль взаимно перпендикулярных осей напротив друг друга на разных сторонах платформы, при этом каждое ведущее колесо снабжено устройством прижима к опорной поверхности.
Замкнутая коробчатая платформа образована состыкованными между собой пустотелыми модулями.
Пустотелые модули служат для размещения аккумуляторов, головного контроллера управления, датчиков и расположены вдоль наружного контура платформы
В платформе выполнен вырез в ее средней части.
В качестве электропривода использован электродвигатель постоянного тока. Диаметр ведущих колес превышает диаметр холостых колес. Роботизированное устройство выполнено с возможностью дистанционного управления при помощи смартфона и имеет три режима работы.
Причинно-следственная связь.
Размещение платформы на четырех колесах, два из которых являются независимыми ведущими (приводными), два - холостыми (неприводными, подкатными), установленными вдоль двух взаимно перпендикулярных осей, а также снабжение каждого ведущего колеса устройством прижима к опорной поверхности обеспечивает повышение маневренности и устойчивости роботизированного устройства. Устройство может легко перемещаться, объезжать препятствия, вращаться практически на одном месте.
Использование только двух независимых ведущих колес, дополненных двумя независимыми холостыми, свободно поворачивающимися на 360°, обеспечивает значительное упрощение и удешевление конструкции.
Выполнение платформы замкнутой коробчатой формы, в частности снабжение коробчатой платформы пустотелыми модулями, расположенными по периметру платформы (образующими раму), позволяет удобно и надежно разместить в них аккумуляторы, слаботочную и иную электропроводку для электродвигателей, датчики фиксирования препятствий, проводку управления датчиками, звуковые колонки, модули памяти и другие необходимые элементы. Помимо этого размещаемые вдоль периметра платформы аккумуляторы и др. элементы позволяют эффективно распределить вес платформы от центра к периферии и тем самым выполняют роль утяжелителя, что повышает устойчивость роботизированного устройства.
При этом средняя (внутренняя) часть рамной платформы остается свободной, она может быть перекрыта (например: солнечной батареей) или может оставаться не перекрытой (платформа в средней части имеет большое сквозное отверстие).
Как в том, так и в другом случае на платформе можно разместить элементы крепления функциональных модулей.
Технический результат
Роботизированное устройство характеризуется повышенной маневренностью и устойчивостью за счет использования только двух ведущих колес, дополненных двумя холостыми колесами, каждая пара вдоль взаимно перпендикулярных осей, прижима ведущих колес к опорной поверхности и придания платформе замкнутой коробчатой формы.
Проведенные патентные исследования показали, что заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности - «новизна».
Заявляемое роботизированное устройство может быть изготовлено промышленным способом или в мастерских, то есть соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, схемами и фотографиями, где на фиг. 1 представлен внешний вид роботизированного устройства в аксонометрии, на фиг. 2 - вид снизу в аксонометрии, на фиг. 3 - схема подвески ведущего колеса, на фиг. 4 - фотография общего вида роботизированного устройства, на фиг. 5 - фотография ведущего колеса.
Роботизированное устройство включает платформу 1. На чертежах и фотографиях представлена платформа 1, в плане имеющая форму квадрата. Но форма платформы может быть другой, например, круглой в плане.
Платформа 1 имеет замкнутую коробчатую форму и образована состыкованными между собой пустотелыми модулями 2, 3 и 4.
Модуль 2 выполнен в форме параллелепипеда и может быть снабжен открывающимися крышками или дверками (на чертеже не показаны). В модуле 2 могут отсутствовать противоположные стенки, примыкающие к соседним модулям 3, в этом случае модуль 2 имеет форму квадратной трубы.
Модуль 3 выполнен в виде соединительного сектора, примыкающего к соседним модулям 2 и 4 в виде параллелепипедов. Стенки, примыкающие к соседним модулям, также могут отсутствовать.
Модуль 4 имеет форму параллелепипеда, в котором располагаются ведущие колеса 5. Внешние боковые стенки и стенки, примыкающие к смежным модулям 3, могут отсутствовать. В нижней стенке модуля 4 выполнен сквозной вырез для размещения ведущего колеса 5 с приводом - электродвигателем 6 постоянного тока и механизмом 7 прижима к опорной поверхности.
Если между отдельными смежными модулями имеются стенки, то платформа 1 содержит несколько отдельных полостей. При отсутствии боковых стенок у всех четырех модулей образуются общее внутреннее пространство - единая полость.
В полостях модулей платформы 1 располагают аккумуляторы (не показаны) для двигателей 6 постоянного тока. Аккумуляторов может быть по одному на каждый привод или два аккумулятора на каждый привод. Кроме того, в полостях можно расположить слаботочную и иную электропроводку для электродвигателей, датчики фиксирования препятствий, проводку управления датчиками, звуковые колонки, модули памяти и другие необходимые элементы, а также инструмент для установки функциональных модулей 8, например такого, как показан на фото.
Использование двух аккумуляторов обеспечит надежную работу электропривода. Использование четырех аккумуляторов увеличит срок работу, и также за счет увеличения количества аккумуляторов, повышается устойчивость конструкции (два или четыре аккумулятора по 12V). Максимальное напряжение в сети устройства при соединении аккумуляторов не более 24V.
Модули 2, 3, 4 размещены на платформе 1 вдоль ее наружного контура.
На представленных чертежах платформа 1 выполнена в виде рамы из последовательно расположенных модулей 2, 3, 4, 3, 2, 3, 4.
В другом варианте выполнения платформа может быть дополнительно снабжена плоским нижним и/или верхним основанием (на чертежах не показана), наружный контур которого соответствует наружному контуру собранных модулей. В плоском основании может быть сделан вырез по контуру внутренних стенок модулей 2, 3 и 4. При квадратной форме платформы вырез также квадратный, в круглой платформе - вырез по окружности. Средняя часть платформы отсутствует.
Платформа 1 располагается на колесах параллельно поверхности пола. Опорой платформы 1 являются четыре колеса, разбитые по парам: два ведущих 5 и два холостых 9. Каждая пара колес расположена напротив друг друга на разных сторонах платформы. Например, при квадратной форме платформы 1 ведущие колеса 5 и холостые колеса 9 расположены в средней части каждой из сторон квадрата. Если платформа в плане имеет круглую форму, то ведущие колеса 5 и холостые колеса 9 располагаются на концах двух взаимно перпендикулярных диаметров.
Каждое ведущее колесо 5 снабжено индивидуальным приводом в виде электродвигателя 6 постоянного тока, питаемого от аккумулятора (аккумулятор на чертежах не показан). Ведущие колеса 5 не имеют механизма поворота (руления).
Каждое ведущее колесо 5 ориентировано вдоль стороны корпуса, на которой закреплено.
Кроме того, каждое ведущее колесо 5 через приводной вал 10 связано с электродвигателем 6, который, в свою очередь, связан с устройством 7 прижима колеса 5 к опорной поверхности (поверхности пола). Устройство 7 прижима включает установленный стационарно на электродвигателе 6 двуплечий рычаг 11, одно плечо которого связано с корпусом платформы 1 с возможностью поворота (вращения), а второе плечо подпружинено относительно платформы 1. Ведущие колеса 5 установлены на полунезависимой пружинной подвеске.
Другая пара колес - это холостые (неприводные, подкатные) колеса 9. Каждое колесо 9 установлено на нижней части платформы 1 с возможность вращения на 360° относительно платформы. Диаметр холостых колес 9 значительно меньше диаметра ведущих колес 5, так как они располагаются под платформой.
Точки крепления холостых 9 (поворотных на 360 градусов) колес располагаются на платформе 1 роботизированного устройства друг от друга на том же расстоянии, что и ведущие колеса 5, так что в положении поворота холостых 5 колес поперек ведущим колесам 5 воображаемые оси обеих колесных пар условно пересекаются под прямым углом. Такое расположение осей и поворот на 360 градусов холостых 9 колес позволяет устройству вращаться на месте, используя только взаимно обратное вращение ведущих колес 5.
Платформа 1 снабжена элементами крепления 12 функциональных модулей 8.
В качестве функциональных модулей 8 могут использоваться стойки для рекламных материалов, рукоятки для ручного перемещения платформы, узлы, обеспечивающие возможность чистки опорной поверхности, место для расположения пассажира и многое другое.
В поясняющих фигурах представлена платформа 1 с функциональным модулем 8 в виде двух стоек 13, жестко связанных с опорными стержнями 14, которые, в свою очередь, жестко связаны посредством элементов крепления 12 с платформой 1. Высота функционального модуля 8 не должна превышать четырехкратное расстояние между ведущими колесами для исключения риска потери устойчивости. Кроме того, целесообразно размещать такие высокие функциональные модули вдоль оси, проходящей через валы 10 ведущих колес 5, что также оказывает положительное влияние на устойчивость.
Управление роботизированным устройством осуществляется с помощью смартфона, для этого необходимо наличие прикладной программы.
Система управления роботизированным устройством выполнена с возможностью дистанционного управления по беспроводной связи (WiFi, Bluetooth) при помощи смартфона и специальной прикладной программы на смартфоне.
Работа устройства осуществляется следующим образом. На платформе размещается требуемый функциональный модуль 8, например, как показано на фигурах - стойка для размещения рекламных материалов. Затем двигатели приводят во вращение ведущие колеса 5, и роботизированное устройство начинает перемещаться. Возможны следующие режимы:
1. Автоматическое вращение на месте в разные стороны (используется для демонстрации рекламных материалов).
2. Ручное управление со смартфона с использованием прикладной программы и интерфейса.
3. Полностью автоматический режим с использованием датчиков для объезда препятствий.