МОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТНЫЙ РОБОТ

Устройство относится к многоколесным транспортным средствам и может быть использовано в автоматизированных транспортно-складских системах, а также в системах гибкой автоматизации производственных процессов для транспортировки деталей, инструментов и технической оснастки.
Одной из задач при транспортировке грузов на складах или производственных участках является создание конструктивно простого транспортного робота, с расширенными возможностями маневрирования, учитывающими условия тесных складских площадей, разделенных узкими проходами, с одновременным улучшением характеристик маневрирования и с высокой устойчивостью движения.
Известны транспортные многоколесные устройства, перемещающиеся с улучшенным маневрированием, как, например, а.с.SU №1668196, 1991 г (1), пат. RU 2006410, опубл. 1994 г.(2), пат. RU 2291811, опубл. 2007 г.(3).
В устройстве (1) для улучшения маневрирования транспортного средства поворот выполняют, не совершая при этом поступательного движения. Для этого производят предварительный подъем колес, с последующим их поворотом в вывешенном состоянии, и далее опускают колеса с сохранением положения, созданного для поворота. Однако это устройство чрезвычайно сложно, что не оправдано, т.к. оно улучшает лишь маневренность многозвенного транспортного средства. Устройство имеет малый диапазон поворота колес (в пределах угла ±40°), низкое быстродействие при повороте и ограничено в применении.
В устройстве (2) для перевозки грузов прямоугольная рама опирается на связанные с ней, самоустанавливающиеся и ведущие колеса. Каждое ведущее и самоустанавливающееся колесо выполнено в виде блока из двух соосно скрепленных колес. Ведущие колеса в устройстве расположены на одной диагонали и снабжены индивидуальной системой управления, а самоустанавливающиеся колеса расположены на другой диагонали и закреплены на соответствующих вертикальных стойках. Колеса связаны с рамой подвесками. В этом устройстве исключен самопроизвольный поворот ведущих колес, и имеется возможность работать на одном из управляемых колес при неисправности другого. Однако устройство имеет усложненную конструкцию шасси.
Мобильное транспортное средство по пат.(3) имеет ходовую часть, выполненную на основе четырехколесного двигателя с трехосной ромбовидной схемой расположения колес. Два колеса, установленные соосно друг другу, являются ведущими колесами и снабжены электромоторами, а два других колеса служат для поворотов. Поворотные колеса расположены симметрично на равных расстояниях относительно средней оси и тяговых колес, что позволяет обеспечить кинематический поворот шасси относительно центра, расположенного на линии, проходящей через точки (проекции) опорных реакций на тяговых колесах. При этом обеспечивается синхронный разворот поворотных колес на равные углы, что достигается специальными средствами синхронизации. Однако, это устройство, как и описанные выше аналоги, конструктивно сложно, и не обладают достаточной надежностью и устойчивостью.
Ближайшим аналогом выбран мобильный транспортный робот, содержащий раму с опорной платформой и вертикальными стойками, два ведущих колеса с соответствующими электроприводами вращения, четыре опорных колеса, каждые два из которых расположены с разных сторон опорной платформы, симметрично относительно ее продольной оси, подвески с рессорами, причем опорные колеса установлены в кронштейнах с возможностью вращения, а кронштейны встроены в опорную платформу рамы с возможностью поворотов опорных колес относительно вертикали (см. транспортный робот «Электроника НЦТМ-25», версия на сайте NewFiles/mine.html, из кэша Google, по состоянию на 7 окт. 2009 г.)
В этом устройстве оба ведущих колеса закреплены на оси, расположенной поперек продольной оси, в центре шасси, а четыре опорных колеса закреплены на продольных балках через упругие подвески и расположены в углах шасси. Однако опыт эксплуатации транспортных роботов показывает, что такое расположение ведущих колес в этом устройстве, как и в указанном выше аналоге (3), ведет к снижению устойчивости из-за угловых отклонений от курса попеременно в обе стороны относительно вертикальной оси (из-за рыскания по курсу). Кроме того, при недостаточно точном боковом подъезде к оборудованию на заданном расстоянии, устройство должно выполнить усложненный маневр, включающий: отъезд назад и «поворот» и, только затем, способно выполнить правильный боковой подъезд. Это существенно усложняет маневрирование и не может быть использовано для стесненных производственных площадей. К тому же, установка рессор на четырех опорных колесах, служащих для поворотов, занимает большую часть полезных площадей рамы, что не технологично. Кроме того, в устройстве не предусмотрен подъем ведущих колес, что исключает или усложняет режимы ручного управления или буксирования транспортного робота (например, в случае его поломки).
Задачей предложенной полезной модели является расширение возможностей маневрирования в стесненных производственных помещениях и расширение функциональных возможностей устройства, улучшение характеристик маневрирования, повышение устойчивости и надежности работы при одновременном упрощении устройства и повышении его технологичности.
Для решения поставленной задачи, в предложенном мобильном транспортном роботе, содержащем раму с опорной платформой и вертикальными стойками, два ведущих колеса с соответствующими электроприводами вращения, четыре опорных колеса, каждые два из которых расположены с разных сторон опорной платформы, симметрично относительно продольной оси, упругие подвески с рессорами, причем опорные колеса установлены в кронштейнах с возможностью вращения, а кронштейны встроены в опорную платформу рамы, с возможностью поворотов опорных колес относительно вертикали, согласно полезной модели, ведущие колеса расположены вдоль продольной оси, а каждое из них снабжено средством поворота относительно вертикали и средством для подъема, причем упругая подвеска служит для взаимосвязи ведущих колес с рамой и снабжена дополнительной платформой, которая шарнирно закреплена одной стороной на вертикальной стойке и расположена параллельно опорной платформе, при этом средство поворота каждого ведущего колеса содержит вилочный держатель, закрепленный на оси ведущего колеса и выполненный с вертикальным шкворнем, и электропривод поворота с зубчато-ременной передачей, выходное звено которой связано с указанным вертикальным шкворнем, установленным в подшипниковом узле, и взаимодействующим с дополнительной платформой подвески с возможностью поворотов ведущих колес относительно вертикали в пределах углов, соответствующих диапазону: 0÷95°, причем средство для подъема ведущего колеса включает линейный электропривод с выдвижным штоком и рычажно-подъемный механизм с рычагом, шарнирно закрепленным одной стороной на вертикальной стойке, параллельно дополнительной платформе, причем линейный электропривод средства для подъема закреплен между рычагом и опорной платформой, с шарнирным креплением его выдвижного штока на опорной платформе для поворотов указанного рычага при выдвижении штока, при этом свободные концы рычага средства для подъема и дополнительной платформы подвески ведущих колес связаны между собой через рессору. Кроме того, согласно полезной модели, рессора подвески может быть расположена соосно, на вертикальном стержне, подвижно скрепляющем концы рычага и платформы, с возможностью регулирования жесткости рессоры. Кроме того, согласно полезной модели, дополнительная платформа может быть выполнена с отверстием, через которое пропущен шкворень вилочного держателя для скрепления с выходным звеном зубчато-ременной передачи, а корпус этой передачи расположен между указанной платформой и рычагом средства для подъема и закреплен на этой платформе. Кроме того, согласно полезной модели, в вилочном держателе каждого ведущего колеса выполнены отверстия, в которых, параллельно оси ведущего колеса, закреплен электропривод вращения, скрепленный с ведущим колесом через соответствующую зубчато-ременную передачу, причем выходное звено этой передачи соосно скреплено с осью ведущего колеса, а каждое ведущее колесо может быть выполнено в виде блока из двух соосно скрепленных колес.
Технический результат предложенной полезной модели состоит в расширении возможностей маневрирования при транспортировке робота в условиях стесненных площадей с узкими коридорами, в обеспечении движений робота вперед и назад, правым или левым бортом, в возможности его разворота на месте, не совершая при этом поступательного движения, в возможности управления вручную или буксирования, а также в исключении погрешностей от рыскания по курсу и повышении устойчивости движения при одновременном повышении надежности работы, а также в расширении функциональных возможностей и в упрощении средств управления роботом.
На фиг.1 показана конструктивная схема транспортного робота (в разрезе).
На фиг.2. показана схема расположения ведущих и опорных колес относительно опорной платформы.
На фиг.3 а), б), в), г) рассмотрены варианты расположения ведущих колес при поступательном движении и при разных режимах маневрирования робота 6.
На фиг.4 приведена (в разрезе) конструктивная схема связи ведущего колеса с электроприводом вращения и со средством поворота ведущего колеса.
На фиг.5 показано ведущее колесо, выполненное в виде блока из двух соосно скрепленных колес.
Предложенный мобильный транспортный робот содержит раму 1 с опорной платформой 2, два ведущих колеса 3 и четыре опорных колеса 4.
Одно ведущее колесо 3 и два опорных 4 колеса расположены в переднем и заднем отсеках рамы 1, которые ограничены вертикальными стойками 5. Последние закреплены перпендикулярно опорной платформе 2. Опорные колеса 4 расположены симметрично относительно продольной оси.
Каждое из ведущих колес 3 расположено вдоль продольной оси и снабжено соответствующим электроприводом 6 вращения, скрепленным с осью 7 этого колеса через зубчато-ременную передачу 8.
Каждое ведущее колесо 3 снабжено средством поворота 9 колеса (относительно вертикали), которое образовано электроприводом 10 поворота, связанным с зубчато-ременной передачей 11, выходное звено 12 которой связано с вертикальным шкворнем 13 вилочного держателя 14. Вилочный держатель 14 имеет П-образную форму и закреплен с двух сторон оси 7 каждого ведущего колеса 3. Вертикальный шкворень 13 вилочного держателя 14 установлен в подшипниковом узле 15.
Устройство снабжено средством для подъема 16 каждого ведущего колеса, включающим линейный электропривод 17 и рычажно-подъемный механизм 18, выполненный с рычагом 19, расположенным параллельно опорной платформе, и шарнирно скрепленным одной стороной с вертикальной стойкой 5 рамы 1. Корпус электропривода 17 скреплен с концом рычага 19 рычажно-подъемного механизма 18, а выдвижной шток 20 этого электропривода 17 шарнирно скреплен с опорной платформой 2.
Дополнительная платформа 21 и рычаг 19 рычажно-подъемного механизма 18 подпружинены друг относительно друга установленной между ними рессорой 22, упруго связывающей свободные концы рычага 19 и платформы 21. Рессора 22 может быть соосно расположена на вертикальном стержне 23. Последний подвижно скрепляет свободные концы платформы 21 и рычага 19 с образованием упругой подвески 24. Последняя служит для упругой взаимосвязи средств поворота и средств для подъема ведущего колеса 3 с рамой 1.
Шкворень 13 вилочного держателя 14 взаимодействует с дополнительной платформой 21 с возможностью поворотов шкворня относительно вертикали. Для этого платформа 21 выполнена с отверстием 25, через которое пропущен указанный шкворень 13, для скрепления с выходным звеном 12 зубчато-ременной передачи 11. Корпус зубчато-ременной передачи расположен между этой платформой 21 и рычагом 19 и закреплен на платформе 21. Это упрощает устройство, сокращает количество высоконагруженных узлов и деталей и повышает надежность работы.
В вилочном держателе 14 выполнены отверстия 26, которые предназначены для расположения в них электропривода 6 вращения. Ось последнего располагают параллельно оси ведущего колеса 3.
Опорные колеса 4 закреплены в кронштейнах 27, с возможностью вращения. Кронштейны 27 с опорными колесами 4 встроены в опорную платформу 2 рамы 1, с возможностью поворотов опорных колес относительно вертикали.
Устройство используется следующим образом.
Предложен транспортный робот, который сочетает в себе несколько принципов управления ведущими колесами 3.
Ведущие колеса 3 робота расположены вдоль продольной оси, что позволяет исключить рыскание по курсу, увеличивает устойчивость движения и повышает точность движения робота по курсу.
При поступательном движении робота вперед-назад электропривод 6 вращения через зубчато-ременную передачу 8, вращает соответствующее ведущее колесо (см. фиг.3a, фиг.2). Электропривод 6 может быть выполнен на базе бесколлекторного двигателя и планетарно-цевочного редуктора.
При поворотах робота электропривод 10 средства поворота 9 соответствующего ведущего колеса через, связанную с ним зубчато-ременную передачу 11, поворачивает вертикальный шкворень 13 вилочного держателя 14, скрепленного с колесом. При этом ведущее колесо поворачивается относительно вертикали, совершая поворот. Положение ведущего колеса на опорной поверхности задает маневр движения робота, который может двигаться вперед, назад (фиг.3а)), правым или левым бортом (фиг.3 3в)) или в произвольном направлении, не выполняя разворотов (фиг.3б), г)), а также может выполнять развороты на месте. Это расширяет возможности маневрирования. Поворот ведущих колес относительно вертикали возможен в пределах угла, соответствующего диапазону 0÷95°. Это обеспечивает повышенную маневренность при транспортировке робота, т.к. ведущее колесо может повернуться на любой заданный угол, а транспортный робот соответственно может двигаться в любом заданном направлении. Электропривод 10 поворота может быть выполнен на базе бесколлекторного двигателя и планетарного редуктора. Синхронизация положения ведущих колес друг относительно друга при повороте обеспечивается внешней системой управления (на фигурах не показана).
При подъеме ведущего колеса 3 выдвижной шток 20 линейного электропривода 17, перемещаясь, поворачивает рычаг 19 рычажно-подъемного механизма 18, поворачивает дополнительную платформу 21, связанную с рычагом 19 (упругой связью, через рессору 22 подвески 24), поднимая при этом шкворень 13, взаимодействующий с платформой 21, и, следовательно, поднимая соответствующее ведущее колесо 3. В режиме поднятых ведущих колес возможно перемещение робота вручную, а также возможно буксирование робота (например, в случае поломки). Работа со стыковочным устройством происходит также при поднятых ведущих колесах. В некоторых случаях может быть необходимо: сначала поднять колеса, затем повернуть их, потом опустить, что повышает маневренность устройства. Это позволяет дополнительно расширить функциональные возможности устройства.
Наличие подвески 24 позволяет упруго связать средство для подъема 16 и средство поворота 9 соответствующего ведущего колеса с рамой. Это предназначено для демпфирования колебаний, вызванных неровной поверхностью пола. При этом обеспечивается требуемый контакт ведущих колес 3 и опорной поверхности, исключается пробуксовка, и достигается улучшение характеристик маневренности устройства.
Расположение рессоры 22 соосно вертикальному стержню 23, который подвижно скрепляет концы рычага и платформы, позволяет выставить начальную жесткость рессоры 22, что дополнительно расширяет функциональные возможности устройства, и улучшает характеристики маневрирования.
Расположение электропривода 6 вращения в отверстиях 26 вилочного держателя 14, с положением оси электропривода 6, параллельно оси соответствующего ведущего колеса 3 улучшает компактность устройства, а также дополнительно улучшает характеристики маневрирования.
При выполнении ведущего колеса в виде блока из двух соосно скрепленных колес повышается точность движения робота по курсу.
Технико-экономический эффект состоит в расширении маневренности и улучшении характеристик маневренности, в расширении функциональных возможностей устройства, в повышении устойчивости и надежности работы при одновременном упрощении средств управления работой устройства и повышении его технологичности.