ТРАНСПОРТНЫЙ РОБОТ С БОРТОВОЙ ЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ (ВАРИАНТЫ)
TRANSPORTATION ROBOT HAVING ON-BOARD LOCATION SYSTEM (VERSIONS)

Изобретение относится к робототехнике и может найти применение в качестве мобильного робота и самодвижущейся транспортной тележки.
Известен транспортный робот, содержащий платформу со смонтированными на ней колесами, датчиками параметров движения и бортовой компьютер (патент RU №2303240, 2006 г.).
Данный робот обладает ограниченной маневренностью.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является транспортный робот, содержащий бортовую локационную систему для перемещения в среде с навигационными маркерными элементами, платформу, первое, второе и третье колеса, первый, второй и третий вал, со смонтированными на соответствующих валах первым, вторым и третьим колесами, установленные на платформе вилки первого, второго и третьего колеса со смонтированными в них с возможностью вращения относительно горизонтальных осей вилок валами первого, второго и третьего колес соответственно, причем вилка первого колеса установлена с возможностью поворота вокруг вертикальной оси первой вилки, поворотный электродвигатель первого колеса, выходной вал которого кинематически связан с валом вилки первого колеса, и датчик угла поворота первого колеса, установленные на платформе маршевый электродвигатель первого колеса, выходной вал которого кинематически связан с валом первого колеса, датчик скорости вращения первого колеса и источник питания, а также бортовую вычислительную сеть. При этом в качестве навигационных маркерных элементов используют источники электромагнитного поля, размещенные над опорной плоскостью (патент RU №2130618, 1994 г.).
Конструктивные особенности данного робота не позволяют ему разворачиваться на месте и осуществлять движение в произвольном направлении без предварительной ориентации робота, что ограничивает его маневренность в целом. Кроме того, робот не может определять направление на навигационные маркерные элементы в цехах промышленных предприятий в присутствии сильных электромагнитных полей от работающего оборудования.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение по первому варианту, является повышение маневренности транспортного робота и расширение функциональных возможностей робота за счет обеспечения возможности определять направление и осуществлять движение на навигационные маркерные элементы в цехах промышленных предприятий в присутствии сильных электромагнитных полей от работающего оборудования.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение по второму варианту, является повышение маневренности транспортного робота и расширение функциональных возможностей робота за счет обеспечения возможности определять свое положение относительно навигационных маркерных элементов в цехах промышленных предприятий в присутствии сильных электромагнитных полей от работающего оборудования и осуществлять движение по светоконтрастной полосе на полу в цехах промышленных предприятий в присутствии сильных электромагнитных полей от работающего оборудования.
Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что в транспортный робот, содержащий бортовую локационную систему для перемещения в среде с навигационными маркерными элементами, платформу, первое, второе и третье колеса, первый, второй и третий вал, со смонтированными на соответствующих валах первым, вторым и третьим колесами, установленные на платформе вилки первого, второго и третьего колеса со смонтированными в них с возможностью вращения относительно горизонтальных осей вилок валами первого, второго и третьего колес соответственно, причем вилка первого колеса установлена с возможностью поворота вокруг вертикальной оси первой вилки, поворотный электродвигатель первого колеса, выходной вал которого кинематически связан с валом вилки первого колеса, и датчик угла поворота первого колеса, установленные на платформе маршевый электродвигатель первого колеса, выходной вал которого кинематически связан с валом первого колеса, датчик скорости вращения первого колеса и источник питания, а также бортовую вычислительную сеть, дополнительно введены поворотные электродвигатели второго и третьего колеса, маршевые электродвигатели второго и третьего колеса, датчики угла поворота второго и третьего колеса, датчики скорости вращения второго и третьего колеса и беспроводной канал обмена данными, при этом вилка второго колеса и вилка третьего колеса установлены на платформе с возможностью поворота вокруг вертикальной оси соответствующей вилки на произвольный угол и, кроме того, вилка первого колеса, вилка второго колеса и вилка третьего колеса установлены на платформе с возможностью передачи питающего напряжения от источника питания на вал соответствующей вилки, при этом проекции точек пересечения вертикальных осей валов вилок и горизонтальных осей валов соответствующих колес на горизонтальную плоскость расположены в вершинах равностороннего треугольника, при этом поворотные электродвигатели второго и третьего колес и датчики угла поворота второго и третьего колес установлены на платформе, а выходные валы поворотных электродвигателей второго и третьего колес кинематически связаны с валами вилок второго и третьего колес соответственно, при этом маршевые электродвигатели первого, второго и третьего колеса и датчики скорости вращения первого, второго и третьего колес кинематически связаны с валами первого, второго и третьего колес соответственно, бортовая вычислительная сеть выполнена распределенной и с возможностью сбора и обработки данных с датчиков угла поворота, датчиков скорости вращения первого, второго и третьего колеса и бортовой локационной системы и формирования и передачи управляющих сигналов на поворотные и маршевые электродвигатели первого, второго и третьего колеса, при этом первая часть элементов бортовой вычислительной сети установлена на платформе, а оставшаяся вторая часть - на вилках колес, при этом первая и вторая части элементов бортовой вычислительной сети соединены беспроводным каналом обмена данными, при этом в качестве навигационных маркерных элементов используют светоизлучающие маяки, установленные на опорной плоскости, а бортовая локационная система выполнена с возможностью определения направлений на светоизлучающие маяки.
Кроме того, беспроводной канал обмена данными содержит первую, вторую и третью пары приемопередатчиков, при этом первые приемопередатчики первой, второй и третьей пар приемопередатчиков смонтированы на платформе, а вторые приемопередатчики из первой, второй и третьей пар приемопередатчиков смонтированы на валах вилок первого, второго и третьего колес соответственно, с возможностью взаимодействия с первыми приемопередатчиками соответствующей пары приемопередатчиков.
Кроме того, первая часть элементов бортовой вычислительной сети содержит головной контроллер, контроллеры управления поворотными электродвигателями первого, второго и третьего колес и первый контроллер бортовой локационной системы, а вторая часть элементов бортовой вычислительной сети содержит контроллеры управления маршевыми электродвигателями первого, второго и третьего колес.
Кроме того, выходные валы второго и третьего маршевых электродвигателей кинематически связаны с валами второго и третьего колес соответственно, управляющие входы первого, второго и третьего маршевых электродвигателей подключены к управляющим выходам контроллеров, подключенных также к датчикам скорости вращения первого, второго и третьего колеса соответственно, а управляющие входы первого, второго и третьего поворотных электродвигателей подключены к управляющим выходам контроллеров, подключенных также к датчикам угла поворота первого, второго и третьего колеса соответственно.
Кроме того, в качестве приемопередатчиков использованы приемопередатчики инфракрасного излучения.
Кроме того, установленные на платформе с возможностью передачи питающего напряжения от источника питания на вал вилки, вилки каждого из колес оснащены соответствующими узлами передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение, при этом каждый узел передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение содержит смонтированный на платформе подшипник с установленным в нем валом вилки, опору и токоподводящие щетки, установленные на соответствующем валу с возможностью электрического контакта с соответствующей опорой, электрически соединенной с источником питания.
Кроме того, он содержит площадку и стойки, посредством которых площадка смонтирована на платформе параллельно ей, а бортовая локационная система содержит установленные на площадке светоотражающий конус и фотообъектив с установленной в фокусной плоскости фотообъектива фотоприемной матрицей, а вход первого контроллера бортовой локационной системы подключен к выходу фотоприемной матрицы.
Кроме того, выход фотоприемной матрицы подключен ко входу первого контроллера бортовой локационной системы.
Кроме того, ось вращения светоотражающего конуса совпадает с оптической осью фотообъектива и проходит через центр фотоприемной матрицы и центр платформы, а одна из осей фотоприемной матрицы располагается параллельно горизонтальной оси, проходящей из центра платформы через ось вала вилки первого колеса.
Кроме того, угол раскрыва светоотражающего конуса выбран равным 90°.
Указанный технический результат по второму варианту достигается тем, что в транспортный робот, содержащий бортовую локационную систему для перемещения в среде с навигационными маркерными элементами, включающий платформу, первое, второе и третье колеса, первый, второй и третий вал, со смонтированными на соответствующих валах первым, вторым и третьим колесами, установленные на платформе вилки первого, второго и третьего колеса со смонтированными в них с возможностью вращения относительно горизонтальных осей вилок валами первого, второго и третьего колес соответственно, причем вилка первого колеса установлена с возможностью поворота вокруг вертикальной оси первой вилки, поворотный электродвигатель первого колеса, выходной вал которого кинематически связан с валом вилки первого колеса, и датчик угла поворота первого колеса, установленные на платформе маршевый электродвигатель первого колеса, выходной вал которого кинематически связан с валом первого колеса, датчик скорости вращения первого колеса и источник питания, а также бортовую вычислительную сеть, дополнительно введены поворотные электродвигатели второго и третьего колеса, маршевые электродвигатели второго и третьего колеса, датчики угла поворота второго и третьего колеса, датчики скорости вращения второго и третьего колеса и беспроводной канал обмена данными, при этом вилка второго колеса и вилка третьего колеса установлены на платформе с возможностью поворота вокруг вертикальной оси соответствующей вилки на произвольный угол и, кроме того, вилка первого колеса, вилка второго колеса и вилка третьего колеса установлены на платформе с возможностью передачи питающего напряжения от источника питания на вал соответствующей вилки, при этом проекции точек пересечения вертикальных осей валов вилок и горизонтальных осей валов соответствующих колес на горизонтальную плоскость расположены в вершинах равностороннего треугольника, при этом поворотные электродвигатели второго и третьего колес и датчики угла поворота второго и третьего колес установлены на платформе, а выходные валы поворотных электродвигателей второго и третьего колес кинематически связаны с валами вилок второго и третьего колес соответственно, при этом маршевые электродвигатели первого, второго и третьего колеса и датчики скорости вращения первого, второго и третьего колес кинематически связаны с валами первого, второго и третьего колес соответственно, бортовая вычислительная сеть выполнена распределенной и с возможностью сбора и обработки данных с датчиков угла поворота, датчиков скорости вращения первого, второго и третьего колеса бортовой локационной системы и формирования и передачи управляющих сигналов на поворотные и маршевые электродвигатели первого, второго и третьего колеса, при этом первая часть элементов бортовой вычислительной сети установлена на платформе, а оставшаяся вторая часть - на вилках колес, при этом первая и вторая части элементов бортовой вычислительной сети соединены беспроводным каналом обмена данными, при этом в качестве навигационных маркерных элементов используют светоконтрастную полосу, нанесенную на опорной плоскости, а бортовая локационная система выполнена с возможностью определения величины отклонения точки касания первым колесом робота опорной плоскости от средней линии светоконтрастной полосы и угла отклонения проекции продольной оси первого колеса робота на опорную плоскость от касательной к средней линии светоконтрастной полосы.
Кроме того, беспроводной канал обмена данными может содержать первую, вторую и третью пары приемопередатчиков, при этом первые приемопередатчики первой, второй и третьей пар приемопередатчиков смонтированы на платформе, а вторые приемопередатчики из первой, второй и третьей пар приемопередатчиков смонтированы на валах вилок первого, второго и третьего колес соответственно, с возможностью взаимодействия с первыми приемопередатчиками соответствующей пары приемопередатчиков.
Кроме того, первая часть элементов бортовой вычислительной сети содержит головной контроллер, контроллеры управления поворотными электродвигателями первого, второго и третьего колес и первый контроллер бортовой локационной системы, а вторая часть элементов бортовой вычислительной сети содержит контроллеры управления маршевыми электродвигателями первого, второго и третьего колес.
Кроме того, выходные валы второго и третьего маршевых электродвигателей кинематически связаны с валами второго и третьего колес соответственно, управляющие входы первого, второго и третьего маршевых электродвигателей подключены к управляющим выходам контроллеров, подключенных также к датчикам скорости вращения первого, второго и третьего колеса соответственно, а управляющие входы первого, второго и третьего поворотных электродвигателей подключены к управляющим выходам контроллеров, подключенных также к датчикам угла поворота первого, второго и третьего колеса соответственно.
Кроме того, в качестве приемопередатчиков использованы приемопередатчики инфракрасного излучения.
Кроме того, установленные на платформе с возможностью передачи питающего напряжения от источника питания на вал вилки, вилки каждого из колес оснащены соответствующими узлами передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение, при этом каждый узел передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение содержит смонтированный на платформе подшипник с установленным в нем валом вилки, опору и токоподводящие щетки, установленные на соответствующем валу с возможностью электрического контакта с соответствующей опорой, электрически соединенной с источником питания.
Кроме того, в него дополнительно введен кронштейн, жестко закрепленный на валу вилки первого колеса таким образом, что вертикальная плоскость симметрии кронштейна совпадает с расположенной перпендикулярно оси вращения первого колеса вертикальной плоскостью симметрии первого колеса, а бортовая локационная система содержит оптронную линейку, лампу подсветки и второй контроллер бортовой локационной системы, причем оптронная линейка и лампа подсветки смонтированы на кронштейне параллельно опорной плоскости и параллельно оси вращения первого колеса.
Кроме того, выходы оптронной линейки подключены к соответствующим входам второго контроллера бортовой локационной системы, подключенного к соответствующему входу контроллера управления маршевым электродвигателем первого колеса.
На фиг.1 изображен внешний вид транспортного робота с бортовой локационной системой по первому варианту, на фиг.2 - кинематическая схема транспортного робота, на фиг.3 - вид сверху на платформу робота с установленными на ней элементами, на фиг.4 - вид снизу на платформу робота с установленными на ней элементами.
На фиг.5 приведена функциональная схема распределенной бортовой вычислительной сети с подключенными к ней датчиками и электродвигателями для первого варианта, на фиг.6 - фрагмент фиг.3, а на фиг.7 - вариант конструктивного исполнения узла передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение.
На фиг.8 изображен внешний вид транспортного робота с бортовой локационной системой по второму варианту, а на фиг.9 - функциональная схема распределенной бортовой вычислительной сети с подключенными к ней датчиками и электродвигателями для второго варианта.
На фиг.10 изображена платформа транспортного робота со схематическим размещением на ней фотоприемной матрицы и размещение самой платформы на опорной плоскости для первого варианта.
На фиг.11 изображена платформа 1 транспортного робота со схематическим размещением на ней оптронной линейки 84 и размещение самой платформы 1 на опорной плоскости XOY для второго варианта.
На фиг.1-11 обозначены: 1 - платформа в виде равностороннего треугольника; 2, 3 и 4 - соответственно первое, второе и третье колесо; 5, 6 и 7 - соответственно первый, второй и третий вал; 8, 9 и 10 - вилка первого, второго и третьего колеса соответственно; 11, 12 и 13 - горизонтальные оси вилок первого, второго и третьего колеса; 14 - вертикальная ось вилки первого колеса; 15 - поворотный электродвигатель первого колеса; 16 - выходной вал поворотного электродвигателя первого колеса; 17 - вал вилки первого колеса; 18 - датчик угла поворота первого колеса; 19 - маршевый электродвигатель первого колеса; 20 - выходной вал маршевого электродвигателя первого колеса; 21 - датчик скорости вращения первого колеса; 22 - источник питания; 23 - бортовая вычислительная сеть; 24 и 25 - поворотные электродвигатели второго и третьего колеса соответственно; 26 и 27 - маршевые электродвигатели второго и третьего колеса соответственно; 28 и 29 - датчики угла поворота второго и третьего колеса соответственно; 30 и 31 - датчики скорости вращения второго и третьего колеса соответственно; 32 - беспроводной канал обмена данными; 33 и 34 - вертикальная ось вилки второго и третьего колеса соответственно; 35 и 36 - вал вилки второго и третьего колеса соответственно; 37 и 38 - выходные валы поворотных электродвигателей второго и третьего колеса соответственно; 39 и 40 - первая и соответственно вторая части элементов бортовой вычислительной сети; 41, 42 и 43 - соответственно первая, вторая и третья пара приемопередатчиков; 45, 45 и 46 - первые приемопередатчики первой, второй и третьей пар приемопередатчиков 41, 42 и 43 соответственно; 47, 48 и 49 - вторые приемопередатчики первой, второй и третьей пар приемопередатчиков 41, 42 и 43 соответственно; 50 - головной контроллер; 51, 52 и 53 - контроллеры управления поворотными электродвигателями первого, второго и третьего колеса соответственно; 54, 55 и 56 - контроллеры управления маршевыми электродвигателями первого, второго и третьего колеса соответственно; 57 и 58 - выходные валы второго и третьего маршевых электродвигателей; 59, 60 и 61 - первый, второй и третий узлы передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение; 62, 63 и 64 - подшипник вала вилки первого, второго и третьего колеса соответственно; 65, 66 и 67 - опора подшипника вала вилки первого, второго и третьего колеса соответственно; 68 и 69, 70 и 71 и 72 и 73 - первая, вторая и третья пара токоподводящих щеток вала вилки первого, второго и третьего колеса соответственно; 74 - площадка; 75 - светоотражающий конус; 76 - фотообъектив; 77 - фотоприемная матрица; 78 - первый контроллер бортовой локационной системы; 79 - ось вращения светоотражающего конуса; 80 - оптическая ось фотообъектива; 81 - одна из осей фотоприемной матрицы; 82 - горизонтальная ось, проходящая из центра платформы через ось вала вилки первого колеса; 83 - кронштейн; 84 - оптронная линейка; 85 - лампа подсветки; 86 - второй контроллер бортовой локационной системы; 87 - светоизлучающие маяки; 88 - светоконтрастная полоса; 89 - средняя линия светоконтрастной полосы; 90 - горизонтальная продольная ось первого колеса; 91 - стойки; 92 - проекция горизонтальной продольной оси первого колеса на опорную плоскость; 93 - вертикальная ось первого колеса; 94 - проекция на опорную плоскость горизонтальной оси, проходящей из центра платформы через ось вала вилки первого колеса; 95 - ось симметрии верхней плоскости кронштейна.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
i
1
i
Кроме того, на фиг.10-16 обозначены: точка С - центр платформы 1; точки С, С и С - точки на платформе 1, через которые проходят оси 14, 33 и 34 валов 17, 35 и 36 вилок 8, 9 и 10 соответственно первого 2, второго 3 и третьего 4 колеса; точка Р - мгновенный центр скоростей платформы, то есть точка, в которой сходятся оси 11, 12 и 13 валов 5, 6 и 7 колес 2, 3 и 4; x - проекция горизонтальной продольной оси 90 первого колеса 2 на опорную плоскость XOY; x и x - горизонтальные продольные оси второго 3 и третьего 4 колес соответственно; CP, CP и CP - прямые линии, на которых лежат оси 11, 12 и 13 валов 5, 6 и 7 первого 2, второго 3 и третьего 4 колес соответственно; x' - проекция 94 на опорную плоскость XOY горизонтальной оси 82, проходящей из центра С платформы 1 через ось 14 вала 17 вилки 8 первого колеса 2 перпендикулярно этой оси 14; β (i=1, 2, 3) - угол поворота вала 17 (35, 36) вилки 8 (9, 10) первого 2, второго 3 и третьего 4 колеса относительно оси x' (для угла β - он же угол между двумя перпендикулярными опорной плоскости XOY плоскостями: плоскостью, проходящей через оси 92, 90 и 95, и плоскостью, проходящей через оси 94 и 82); φ (i=1, 2, 3) - угол поворота вала 5, 6 и 7 соответственно первого 2, второго 3 и третьего 4 колеса.
Транспортный робот, содержащий бортовую локационную систему для перемещения в среде с навигационными маркерными элементами по первому варианту, включает платформу 1, первое, второе и третье колеса 2, 3 и 4, первый, второй и третий вал 5, 6 и 7, со смонтированными на соответствующих валах 5, 6 и 7 первым, вторым и третьим колесами 2. 3 и 4, установленные на платформе 1 вилки первого, второго и третьего колеса 8, 9 и 10 со смонтированными в них с возможностью вращения относительно горизонтальных осей 11, 12 и 13 вилок 8, 9 и 10 валами 5, 6 и 7 первого, второго и третьего колес 2, 3 и 4 соответственно, причем вилка 8 первого колеса 2 установлена с возможностью поворота вокруг вертикальной оси 14 первой вилки 8, поворотный электродвигатель 15 первого колеса 2, выходной вал 16 которого кинематически связан с валом 17 вилки 8 первого колеса 2, и датчик 18 угла поворота первого колеса 2, установленные на платформе 1 маршевый электродвигатель 19 первого колеса 2, выходной вал 20 которого кинематически связан с валом 5 первого колеса 2, датчик 21 скорости вращения первого колеса 2 и источник питания 22, а также бортовую вычислительную сеть 23.
Кроме того, транспортный робот по первому варианту содержит поворотные электродвигатели 24 и 25 второго и третьего колеса 3 и 4, маршевые электродвигатели 26 и 27 второго и третьего колеса 3 и 4, датчики 28 и 29 угла поворота второго и третьего колеса 3 и 4, датчики 30 и 31 скорости вращения второго и третьего колеса 3 и 4 и беспроводной канал 32 обмена данными, при этом вилка 8 первого колеса 2, вилка 9 второго колеса 3 и вилка 10 третьего колеса 4 установлены на платформе 1 с возможностью поворота вокруг вертикальной оси 14, 33 и 34 на произвольный угол и с возможностью передачи питающего напряжения от источника питания 22 на вал 17, 35 и 36 соответствующей вилки 8, 9 и 10, при этом проекции точек пересечения вертикальных осей 14, 33 и 34 валов 5, 6 и 7 вилок 8, 9 и 10 и горизонтальных осей 11, 12 и 13 валов 5, 6 и 7 соответствующих колес 2, 3 и 4 на горизонтальную плоскость расположены в вершинах равностороннего треугольника, при этом поворотные электродвигатели 24 и 25 второго и третьего колес 3 и 4 и датчики 28 и 29 угла поворота второго и третьего колес 3 и 4 установлены на платформе 1, а выходные валы 37 и 38 поворотных электродвигателей 24 и 25 второго и третьего колес 3 и 4 кинематически связаны с валами 35 и 36 вилок 9 и 10 второго и третьего колес 3 и 4 соответственно, при этом маршевые электродвигатели 19, 26 и 27 первого, второго и третьего колеса 2, 3 и 4 и датчики 21, 30 и 31 скорости вращения первого, второго и третьего колес 2, 3 и 4 кинематически связаны с валами 5, 6 и 7 первого, второго и третьего колес 2, 3 и 4 соответственно, бортовая вычислительная сеть 23 выполнена распределенной и с возможностью сбора и обработки данных с датчиков 18, 28 и 29 угла поворота, датчиков 21, 30 и 31 скорости вращения первого, второго и третьего колеса 2, 3 и 4 и бортовой локационной системы и формирования и передачи управляющих сигналов на поворотные 15, 24 и 25 и маршевые 19, 26 и 27 электродвигатели первого, второго и третьего колеса 2, 3 и 4, при этом первая часть 39 элементов бортовой вычислительной сети 23 установлена на платформе 1, а оставшаяся вторая часть 40 - на вилках 8, 9 и 10 колес 2, 3 и 4, при этом первая и вторая части 39 и 40 элементов бортовой вычислительной сети 23 соединены беспроводным каналом 32 обмена данными, при этом в качестве навигационных маркерных элементов используют светоизлучающие маяки 87, установленные на опорной плоскости, а бортовая локационная система выполнена с возможностью определения направлений на светоизлучающие маяки 87.
Кроме того, беспроводной канал 32 обмена данными может содержать первую, вторую и третью пары приемопередатчиков 41, 42 и 43, при этом первые приемопередатчики 44, 45 и 46 первой, второй и третьей пар 41, 42 и 43 приемопередатчиков могут быть смонтированы на платформе 1, а вторые приемопередатчики 47, 48 и 49 из первой, второй и третьей пар 41, 42 и 43 приемопередатчиков могут быть смонтированы на валах 17, 35 и 36 вилок 8, 9 и 10 первого, второго и третьего колес 2, 3 и 4 соответственно, с возможностью взаимодействия с первыми 44, 45 и 46 приемопередатчиками соответствующей пары приемопередатчиков.
Кроме того, первая часть 39 элементов бортовой вычислительной сети 23 может содержать головной контроллер 50, контроллеры 51, 52 и 53 управления поворотными электродвигателями 15, 24 и 25 первого, второго и третьего колес 2, 3 и 4 и первый контроллер 78 бортовой локационной системы, а вторая часть 40 элементов бортовой вычислительной сети 23 может содержать контроллеры 54, 55 и 56 управления маршевыми электродвигателями 19, 26 и 27 первого, второго и третьего колес 2, 3 и 4.
Кроме того, выходные валы 57 и 58 второго и третьего маршевых электродвигателей 26 и 27 могут быть кинематически связаны с валами 6 и 7 второго и третьего колес 3 и 4 соответственно, управляющие входы первого, второго и третьего маршевых электродвигателей 19, 26 и 27 могут быть подключены к управляющим выходам контроллеров 54, 55 и 56, подключенных также к датчикам 21, 30 и 31 скорости вращения первого, второго и третьего колеса 2, 3 и 4 соответственно, а управляющие входы первого, второго и третьего поворотных электродвигателей 15, 24 и 25 могут быть подключены к управляющим выходам контроллеров 51, 52 и 53, подключенных также к датчикам 18, 28 и 29 угла поворота первого, второго и третьего колеса 2, 3 и 4 соответственно.
Кроме того, в качестве приемопередатчиков 44-49 могут быть использованы приемопередатчики инфракрасного излучения.
Кроме того, установленные на платформе 1 с возможностью передачи питающего напряжения от источника питания 22 на вал 17, 35 и 36 вилки 8, 9 и 10, вилки 8, 9 и 10 каждого колеса могут быть оснащены соответствующими узлами 59, 60 и 61 передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение, при этом каждый узел 59, 60 и 61 передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение может содержать смонтированный на платформе 1 подшипник 62, 63 и 64 с установленным в нем валом 17, 35 и 36 вилки 8, 9 и 10, опору 65, 66 и 67 и токоподводящие щетки 68 и 69, 70 и 71 и 72 и 73, установленные на соответствующем валу 17, 35 и 36 с возможностью электрического контакта с соответствующей опорой 65, 66 и 67, электрически соединенной с источником питания 22.
Кроме того, транспортный робот по первому варианту может содержать площадку 74 и стойки 91, посредством которых площадка 74 смонтирована на платформе 1 параллельно ей, а бортовая локационная система может содержать установленные на площадке 74 светоотражающий конус 75 и фотообъектив 76 с установленной в фокусной плоскости фотообъектива 76 фотоприемной матрицей 77.
Кроме того, выход фотоприемной матрицы 77 может быть подключен к входу первого контроллера 78 бортовой локационной системы.
Кроме того, в транспортном роботе по первому варианту ось 79 вращения светоотражающего конуса 75 может совпадать с оптической осью 80 фотообъектива 76 и проходить через центр фотоприемной матрицы 77 и центр платформы 1, а одна из осей 81 фотоприемной матрицы 77 может располагаться параллельно горизонтальной оси 82, проходящей из центра платформы 1 через ось 14 вала 17 вилки 8 первого колеса 2.
Кроме того, в транспортном роботе по первому варианту угол раскрыва светоотражающего конуса 75 может быть выбран равным 90°.
Транспортный робот, содержащий бортовую локационную систему для перемещения в среде с навигационными маркерными элементами по первому варианту, работает следующим образом.
Оптический сигнал от светоизлучающего маяка 87 попадает на поверхность светоотражающего конуса 75, отражается от нее и, пройдя через фотообъектив 76, попадает на фотоприемную матрицу 77, установленную в фокальной плоскости фотообъектива 76.
m
m
По выходному сигналу фотоприемной матрицы 77, зная координаты x, y точки М в плоскости фотоприемной матрицы 77 в соответствии с выражением
фм
первый контроллер 78 вычисляет угол α, на который необходимо повернуть платформу 1 относительно ее центра С. После поворота платформы 1 на угол α, ось y фотоприемной матрицы 77 будет совпадать с горизонтальной осью 82, проходящей из центра платформы 1 через ось 14 вала 17 вилки 8 первого колеса 2.
1
Развернув теперь первое колесо 2 в положение β=0, выставив второе и третье колеса 3 и 4 параллельно первому колесу 2 и задав одинаковую скорость вращения всех трех колес 2, 3 и 4, мы обеспечим движение транспортного робота на светоизлучающий маяк 87.
Головной контроллер 50 задает сигналы требуемых углов поворота и скоростей вращения колес 2, 3 и 4. Эти сигналы преобразуются контроллерами 51, 52 и 53 управления поворотными электродвигателями и контроллерами 54, 55 и 56 управления маршевыми электродвигателями в управляющие сигналы поворотных электродвигателей 15, 24 и 25 и маршевых электродвигателей 19, 26 и 27 соответственно.
Текущие значения углов поворота колес 2, 3 и 4 измеряются датчиками 18, 28 и 29 углов поворота колес и передаются в контроллеры 51, 52 и 53, где сравниваются с требуемыми значениями. Аналогично, текущие значения скоростей вращения колес 2, 3 и 4 измеряются датчиками скорости вращения 21, 30 и 31 и передаются в контроллеры 54, 55 и 56, где сравниваются с заданными значениями скоростей.
Контроллеры 54, 55 и 56, управляющие маршевыми двигателями 19, 26 и 27 колес 2, 3 и 4, установлены непосредственно на вилках 8, 9 и 10 колес 2, 3 и 4, а их связь с контроллерами 51, 52 и 53 первой части 39 элементов бортовой вычислительной сети 23, размещенными на платформе 1, осуществляется посредством инфракрасных каналов 41, 42 и 43, образованных парами ПК-приемопередатчиков 44 и 47, 45 и 48, 46 и 49.
Передача питания от источника питания 22 на маршевые электродвигатели 19, 26 и 27 осуществляется с помощью соответствующих пар токоподводящих скользящих щеток 68 и 69, 70 и 71 и 72 и 73, размещаемых на вертикальном валу 17, 35 и 36 вилки 8, 9 и 10.
Таким образом, благодаря размещению осей 14, 33 и 34 вилок 8, 9 и 10 в вершинах равностороннего треугольника, обеспечению передачи питания на маршевые электродвигатели 19, 26 и 27 через узлы 59, 60 и 61 передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение и осуществлению обмена информацией между контроллерами 50-56 бортовой вычислительной сети 23 по беспроводному каналу 32 обмена данными, удается обеспечить транспортному роботу расширенные кинематические возможности по сравнению с транспортным роботом, выбранным в качестве прототипа.
Для данного транспортного робота движение центра платформы 1 и ее угловое движение можно сделать независимыми, например заставить перемещаться платформу 1 поступательно, не меняя ее ориентации, вращаться на месте и т.д.
Таким образом, указанные отличительные особенности транспортного робота по первому варианту повышают его маневренность и обеспечивают возможность его движения по навигационным маркерным элементам независимо от уровня электромагнитных полей.
Транспортный робот, содержащий бортовую локационную систему для перемещения в среде с навигационными маркерными элементами по второму варианту, включает платформу 1, первое, второе и третье колеса 2, 3 и 4, первый, второй и третий вал 5, 6 и 7, со смонтированными на соответствующих валах 5, 6 и 7 первым, вторым и третьим колесами 2, 3 и 4, установленные на платформе 1 вилки первого, второго и третьего колеса 8, 9 и 10 со смонтированными в них с возможностью вращения относительно горизонтальных осей 11, 12 и 13 вилок 8, 9 и 10 валами 5, 6 и 7 первого, второго и третьего колес 2, 3 и 4 соответственно, причем вилка 8 первого колеса 2 установлена с возможностью поворота вокруг вертикальной оси 14 первой вилки 8, поворотный электродвигатель 15 первого колеса 2, выходной вал 16 которого кинематически связан с валом 17 вилки 8 первого колеса 2, и датчик 18 угла поворота первого колеса 2, установленные на платформе 1 маршевый электродвигатель 19 первого колеса 2, выходной вал 20 которого кинематически связан с валом 5 первого колеса 2, датчик 21 скорости вращения первого колеса 2 и источник питания 22, а также бортовую вычислительную сеть 23.
Кроме того, беспроводной канал 32 обмена данными может содержать первую, вторую и третью пары приемопередатчиков 41, 42 и 43, при этом первые приемопередатчики 44, 45 и 46 первой, второй и третьей пар 41, 42 и 43 приемопередатчиков могут быть смонтированы на платформе 1, а вторые приемопередатчики 47, 48 и 49 из первой, второй и третьей пар 41, 42 и 43 приемопередатчиков могут быть смонтированы на валах 17, 35 и 36 вилок 8, 9 и 10 первого, второго и третьего колес 2, 3 и 4 соответственно, с возможностью взаимодействия с первыми 44, 45 и 46 приемопередатчиками соответствующей пары приемопередатчиков.
Кроме того, первая часть 39 элементов бортовой вычислительной сети 23 может содержать головной контроллер 50, контроллеры 51, 52 и 53 управления поворотными электродвигателями 15, 24 и 25 первого, второго и третьего колес 2, 3 и 4 и первый контроллер 78 бортовой локационной системы, а вторая часть 40 элементов бортовой вычислительной сети 23 может содержать контроллеры 54, 55 и 56 управления маршевыми электродвигателями 19, 26 и 27 первого, второго и третьего колес 2, 3 и 4.
Кроме того, выходные валы 57 и 58 второго и третьего маршевых электродвигателей 26 и 27 могут быть кинематически связаны с валами 6 и 7 второго и третьего колес 3 и 4 соответственно, управляющие входы первого, второго и третьего маршевых электродвигателей 19, 26 и 27 могут быть подключены к управляющим выходам контроллеров 54, 55 и 56, подключенных также к датчикам 21, 30 и 31 скорости вращения первого, второго и третьего колеса 2, 3 и 4 соответственно, а управляющие входы первого, второго и третьего поворотных электродвигателей 15, 24 и 25 могут быть подключены к управляющим выходам контроллеров 51, 52 и 53, подключенных также к датчикам 18, 28 и 29 угла поворота первого, второго и третьего колеса 2, 3 и 4 соответственно.
Кроме того, в качестве приемопередатчиков 44-49 могут быть использованы приемопередатчики инфракрасного излучения.
Кроме того, установленные на платформе 1 с возможностью передачи питающего напряжения от источника питания 22 на вал 17, 35 и 36 вилки 8, 9 и 10, вилки 8, 9 и 10 каждого колеса могут быть оснащены соответствующими узлами 59, 60 и 61 передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение, при этом каждый узел 59, 60 и 61 передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение может содержать смонтированный на платформе 1 подшипник 62, 63 и 64 с установленным в нем валом 17, 35 и 36 вилки 8, 9 и 10, опору 65, 66 и 67 и токоподводящие щетки 68 и 69, 70 и 71 и 72 и 73, установленные на соответствующем валу 17, 35 и 36 с возможностью электрического контакта с соответствующей опорой 65, 66 и 67, электрически соединенной с источником питания 22.
Кроме того, в транспортном роботе по второму варианту может быть дополнительно введен кронштейн 83, жестко закрепленный на валу 17 вилки 8 первого колеса 2 таким образом, что вертикальная плоскость симметрии кронштейна 83 совпадает с расположенной перпендикулярно оси 11 вращения первого колеса 2 вертикальной плоскостью симметрии первого колеса 2, а бортовая локационная система может содержать оптронную линейку 84, лампу подсветки 85 и второй контроллер 86 бортовой локационной системы, причем оптронная линейка 84 и лампа подсветки 85 могут быть смонтированы на кронштейне 83 параллельно опорной плоскости и параллельно оси 11 вращения первого колеса 2.
Кроме того, для транспортного робота по второму варианту выходы оптронной линейки 84 могут быть подключены к соответствующим входам второго контроллера 86 бортовой локационной системы, подключенного к соответствующему входу контроллера 54 управления маршевым электродвигателем 19 первого колеса 2.
Транспортный робот с бортовой локационной системой для перемещения в среде, снабженной навигационными маркерными элементами по второму варианту, работает следующим образом.
С оптронной линейки 84 снимается сигнал А, пропорциональный расстоянию LB от центра оптронной линейки 84 (точка L), до точки В на средней линии 89 светоконтрастной полосы 88 (фиг.11).
1
2
3
В исходном положении (фиг.11, 12) транспортный робот неподвижен. Его колеса 2, 3 и 4 находятся в положении, при котором оси 11, 12 и 13 вращения валов 5, 6 и 7 колес 2, 3 и 4 пересекаются в одной точке Р, называемой точкой мгновенных скоростей. При этом углы поворота колес 2, 3 и 4 относительно оси x' 94 равны соответственно β, β и β.
2
3
2
На поворотные электродвигатели 24 и 25 с контроллеров 52 и 53 подаем сигналы, устанавливающие колеса 3 и 4 в положение β=60° и β=120°. Сигналом с контроллера 51 устанавливаем первое колесо 2 в положение β=0°. Платформа 1 после этого принимает положение и ориентацию, показанные на фиг.13.
1
min
min
Подавая с контроллеров 55 и 56 одинаковые по напряжению сигналы на второй и третий маршевые электродвигатели 26 и 27, осуществляем поворот платформы 1 вокруг точки C. Эти сигналы подаются до достижения сигналом А минимального значения Δ. Из фиг.14 очевидно, что Δ=Δ, когда оптронная линейка 84 установлена перпендикулярно светоконтрастной полосе 88.
1
2
3
На поворотные электродвигатели 24 и 25 с контроллеров 51, 52 и 53 подаем сигналы, устанавливающие колеса 2, 3 и 4 в положение β=β=β=90°. Платформа 1 после этого принимает положение и ориентацию, показанные на фиг.15.
min
min
1
2
3
Подавая с контроллеров 51, 55 и 56 одинаковые по напряжению сигналы на первый, второй и третий маршевые электродвигатели 19, 26 и 27, осуществляем движение платформы 1 перпендикулярно оси ОХ. Эти сигналы подаются до достижения сигналом Δ значения 0. Из фиг.16 очевидно, что Δ=0, когда платформа 1 принимает положение, показанное на фиг.16. Установив теперь колеса робота в положение β=β=β=0° и подавая после этого с контроллеров 51, 55 и 56 одинаковые по напряжению сигналы на первый, второй и третий маршевые электродвигатели 19, 26 и 27, осуществляем движение платформы 1 вдоль светоконтрастной полосы 88.
Таким образом, благодаря размещению осей 14, 33 и 34 вилок 8, 9 и 10 в вершинах равностороннего треугольника, обеспечению передачи питания на маршевые электродвигатели 19, 26 и 27 через узлы 59, 60 и 61 передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение и осуществлению обмена информацией между контроллерами 50-56 бортовой вычислительной сети 23 по беспроводному каналу 32 обмена данными, удается обеспечить транспортному роботу расширенные кинематические возможности по сравнению с транспортным роботом, выбранным в качестве прототипа.
Как было показано выше, для данного транспортного робота движение центра платформы 1 и ее угловое движение можно сделать независимыми, например заставить перемещаться платформу 1 поступательно, не меняя ее ориентации, вращаться на месте и т.д.
Все это в целом повышает маневренность транспортного робота.
Построение бортовой локационной системы на принципах оптической локации и использование в качестве датчиков локационной системы фотоприемных элементов в виде фотоприемных матриц и оптронных линеек делает ее нечувствительной к электромагнитным полям от работающего в цехах промышленных предприятий оборудования.
Таким образом, описанные выше существенные отличия повышают маневренность и расширяют функциональные возможности транспортного робота за счет обеспечения возможности определять направление и осуществлять движение на навигационные маркерные элементы и осуществлять движение по светоконтрастной полосе на полу в цехах промышленных предприятий в присутствии сильных электромагнитных полей от работающего оборудования.
Проведенные заявителем патентные исследования показали, что аналогов приведенным существенным отличиям нет.