ТРАНСПОРТНЫЙ РОБОТ

Предполагаемая полезная модель относится к робототехнике и может найти применение в качестве индивидуального транспортного средства для перевозки или сопровождения лиц с ограниченными возможностями передвижения.
Известны мобильный робот, содержащий платформу со смонтированными на ней колесами, датчиками параметров движения и бортовой компьютер (патент RU №2303240, 2006 г.), патент RU 2006410, опубл. 1994 г., патент RU 2291811, опубл. 2007 г. Данные роботы имеют сложную конструкцию и большое число электронных элементов управляющей схемы, что резко снижает надежность робота.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является мобильный робот, содержащий автономную навигационную систему для перемещения в среде с навигационными маркерными элементами, платформу, три колеса, установленные на платформе три колесные вилки, причем в качестве колесной вилки третьего колеса используют вилку «рояльного» типа, два электродвигателя, источник питания и бортовую вычислительную сеть. При использовании навигационных маркерных элементов в виде установленных на опорной плоскости светоизлучающих маяков автономная навигационная система выполнена с возможностью кругового сканирования пространства, а бортовая вычислительная сеть выполнена с возможностью сбора и обработки данных с датчиков угла поворота и датчиков скорости вращения первого и второго колес и формирования и передачи управляющих сигналов на электродвигатели первого и второго колес. При использовании навигационных маркерных элементов в виде нанесенной на опорную плоскость светоотражающей полосы автономная навигационная система выполнена с возможностью определения отклонения проекции точки середины передней кромки платформы робота на опорную плоскость от средней линии светоотражающей полосы и отклонения продольной оси платформы робота от касательной к средней линии светоотражающей полосы в указанной точке (патент RU №2454313 опубликовано 27.06.2012.
Недостатком данного мобильного робота также является сложность конструкции и большое число электронных элементов управляющей схемы, что резко снижает его надежность.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы при одновременном упрощении устройства и повышении его технологичности.
Данный технический результат достигается тем, что в предложенном транспортном роботе, содержащем платформу, два колеса на двух колесных валах и третье колесо на оси, установленные под платформой с помощью трех колесных вилок, причем в качестве колесной вилки третьего колеса используют поворотную вилку «рояльного» типа, два электродвигателя, источник питания, выключатель питания, дополнительно введены две лампы накаливания, два фототранзистора, микросхема управления двумя электродвигателями (например, марки L293D), два реле с нормально разомкнутыми контактами, пульт ручного управления с четырьмя кнопками управления, пакетный переключатель режимов «автомат-ручное управление», корпус с сиденьем для пассажира, подножки и две ручки-опоры, а в качестве навигационных маркерных элементов используется нанесенная на опорной плоскости светоотражающая полоса по траектории направления движения транспортного робота.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем: Предлагаемая полезная модель основана на минимальном количестве аналоговых элементов управления, что существенно повышает вероятность безотказной работы по сравнению с аналогами. Покажем это. В инженерных расчетах вероятность безотказной работы в случае экспоненциального распределения времени до отказа используют формулу
i
где N - количество элементов в устройстве; λ - параметр экспоненциального распределения для i-го элемента, численно равный интенсивности отказов этого элемента, 1/час, t - время, за которое рассчитывается вероятность безотказной работы, час. (http://library.bsuir.bv/m/12_119786_1_72356.pdf, стр. 15).
В предлагаемой полезной модели количество элементов, учитывая точки пайки N= ~50, а в прототипе N= ~450. При этом вероятность безотказной работы за 1000 часов составит: для предлагаемой полезной модели 0,995, а для прототипа - 0,956. Нормативное значение вероятности безотказной, т.е. безопасной для человека работы Р* должна быть весьма близка к единице (например, Р*=0,99) (http://setref.ru/151929.html).
Структурная схема транспортного робота представлена на фиг. 1.
Транспортный робот содержит источник питания 1, соединенный через выключатель питания 2 с пакетным переключателем режимов «автомат - ручное управление» 3 и с входами разомкнутых контактов 12, 13 реле 10, 11, а выходы разомкнутых контактов 12, 13 реле 10, 11 - с входами электродвигателей 14, 15, первый выход пакетного переключателя режимов «автомат - ручное управление» 3 соединен с пультом ручного управления 4, второй выход - с лампами накаливания 5, 6 и входами фототранзисторов 7, 8, выходы которых соединены со входами микросхемы управления 9 двумя электродвигателями, выходы которой соединены со входами обмоток реле 10 и 11, выходы пульта ручного управления 4 соединены со входами электродвигателей 14, 15, при этом колесный вал 16 первого колеса 18, прикрепленный к платформе 24 посредством колесной вилки 21, кинематически (например, ременная, цепная, червячная, прямозубая, косозубая передачи или соосная прямая передача) связан с выходным валом первого электродвигателя 14, колесный вал 17 второго колеса 20, прикрепленный к платформе 24 посредством колесной вилки 23, также кинематически связан с выходным валом второго электродвигателя 15, в качестве колесной вилки 22 третьего колеса 19 с осью используется поворотная вилка «рояльного» типа, ручки-опоры 25, 26, подножки 27, корпус 28 с сиденьем для пассажира жестко закреплены к платформе 24, а в качестве навигационных маркерных элементов используется нанесенная на опорной плоскости светоотражающая полоса по траектории направления движения транспортного робота.
Транспортный робот работает следующим образом.
Транспортный робот может работать в двух режимах управления: 1. Ручное управление, 2. Автоматическое управление.
Исходное состояние при ручном управлении: выключатель питания 2 в выключенном состоянии, пакетный переключатель режимов «автомат - ручное управление» 3 в положении «ручное управление». В этом режиме схема автоматического управления движением транспортного робота обесточена.
Пассажир садится на корпус 28 с сиденьем для пассажира, ставит ноги на подножки 27, включает выключатель питания 2, движение начинается при нажатии кнопок пульта ручного управления 4 с четырьмя кнопками управления. При нажатии двух кнопок «вперед» питание подается на левый и правый электродвигатели 14 и 15, соответственно, и робот движется прямо вперед. При нажатии двух кнопок «назад» питание подается на левый и правый электродвигатели 14 и 15 соответственно в обратной полярности и робот движется прямо назад. Для осуществления поворотов отпускаются либо левая, либо правая кнопка, при этом левый или правый электродвигатель обесточивается и робот поворачивается либо налево, либо направо до нажатия отпущенной кнопки. Повороты могут осуществляться как при ходе вперед, так и при ходе назад. Этот режим может использоваться при произвольной траектории движения, например, при установке транспортного робота на светоотражающую полосу, нанесенную на опорной плоскости по направлению движения.
Исходное состояние при автоматическом управлении: транспортный робот установлен на светоотражающую полосу, нанесенную на опорной плоскости по направлению движения, выключатель питания 2 в выключенном состоянии, пакетный переключатель режимов «автомат - ручное управление» 3 в положении «автомат». В этом режиме пульт ручного управления 4 движением транспортного робота обесточен.
Пассажир садится на корпус 28 с сиденьем для пассажира, ставит ноги на подножки 27, включает выключатель питания 2, при этом загораются лампы накаливания 5, 6 и отраженный от светоотражающей полосы свет попадает на входы фототранзисторов 7, 8, с выходов которых сигналы попадают на соответствующие входы микросхемы 9 управления двумя электродвигателями. Соответствующие выходы микросхемы 9 управления двумя электродвигателями включают реле 10 и 11, контакты которых замыкаются и подают питание на электродвигатели 14 и 15 соответственно. Движение прямо продолжается до тех пор, пока транспортный робот движется по светоотражающей полосе, нанесенной на опорной плоскости. Если по какой-либо причине транспортный робот отклонился от светоотражающей полосы (например, изменилось направление светоотражающей полосы, транспортный робот отклонился из-за пробуксовки одного из колес) и на один из фототранзисторов 7 или 8 не попадает отраженный свет, фототранзистор 7 или 8 закрывается и соответствующий вход микросхемы 9 управления двумя электродвигателями и ее выход обесточиваются. При этом соответствующее реле 10 или 11 обесточивается и размыкает контакт 12 или 13, электродвигатель 14 или 15 обесточивается. При этом транспортный робот за счет другого электродвигателя начинает возврат на светоотражающую полосу. Как только на соответствующий фототранзистор 7 или 8 попадет отраженный свет, соответствующий (выключенный) электродвигатель 14 или 15 включается и начинается прямое движение. В конце светоотражающей полосы или при выключении питания выключателем питания 2, отключаются оба электродвигателя 14 и 15, транспортный робот останавливается.
Осуществление полезной модели.
Полезная модель реализована и испытана со следующими характеристиками:
Грузоподъемность - до 100 кг.
Вес робота - 37 кг.
Габариты: высота - 600 мм, ширина - 450 мм, длина - 650 мм.
Общий вид экспериментальной модели транспортного робота представлен на фиг. 2 и фиг. 3, вид снизу - на фиг. 4, пример светоотражающей полосы - на фиг. 5, принципиальная электрическая схема - на фиг. 6.
В экспериментальной модели транспортного робота использована цепная передача от электродвигателей к колесам, в качестве источника питания использованы 2 аккумулятора и стабилизатор напряжения на микросхеме 78М05. Переключатель SA6 блока питания подключает либо 1, либо 2 аккумулятора к цепи питания транспортного робота.
Транспортный робот характеризуется высокой надежностью, конструктивно достаточно прост и технологичен.