ТРАНСПОРТНЫЙ РОБОТ
TRANSPORT ROBOT

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, датчики параметров движения и бортовой компьютер (патент RU №2303240, 2006 г.). Недостатком является то, что данный робот обладает ограниченной маневренностью.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является транспортный робот, содержащий платформу, первое, второе и третье колесо, 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, 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 (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.
Предлагаемое изобретение направлено на повышение маневренности транспортного робота.
Указанный результат достигается тем, что в известный транспортный робот, содержащий платформу, первое, второе и третье колесо, 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, 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 беспроводный канал обмена данными, при этом вилка первого колеса, вилка второго колеса и вилка третьего колеса установлены на платформе с возможностью поворота вокруг вертикальной оси на произвольный угол и с возможностью передачи питающего напряжения от источника питания на вал вилки, 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 вилок второго и третьего колес соответственно, бортовая вычислительная сеть выполнена распределенной и с возможностью сбора и обработки данных с датчиков угла поворота и датчиков скорости вращения первого, второго и третьего колеса 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.
Сущность заявляемого изобретения поясняется фиг.1 - 7.
На фиг.1 изображен внешний вид транспортного робота.
На фиг.2 показан вид сверху на платформу робота с установленными на ней элементами при снятых кожухах.
На фиг.3 - вид снизу на платформу робота с установленными на ней элементами.
На фиг.4 приведена кинематическая схема транспортного робота.
На фиг.5 приведена функциональная схема распределенной бортовой вычислительной сети с подключенными к ней датчиками и электродвигателями для первого варианта.
На фиг.6 - вариант конструктивного исполнения узла передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение.
На фиг.7 изображена платформа транспортного робота и размещение самой платформы на опорной плоскости.
На фиг.1-7 обозначены: 1 - платформа; 2, 3 и 4 - соответственно первое, второе и третье колеса; 5, 6 и 7 - соответственно первый, второй и третий валы; 8, 9 и 10 - вилки первого, второго и третьего колес соответственно; 11, 12 и 13 - горизонтальные оси вилок первого, второго и третьего колес; 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 колес соответственно; 26 и 27 - маршевые электродвигатели второго и третьего колес соответственно; 28 и 29 - датчики угла поворота второго и третьего колес соответственно; 30 и 31 - датчики скорости вращения второго и третьего колес соответственно; 32 - беспроводный канал обмена данными; 33 и 34 - вертикальная ось вилки второго и третьего колес соответственно; 35 и 36 - вал вилки второго и третьего колес соответственно; 37 и 38 - выходные валы поворотных электродвигателей второго и третьего колес 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 колес соответственно; 54, 55 и 56 - контроллеры управления маршевыми электродвигателями первого, второго и третьего колес 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 колес соответственно; 65, 66 и 67 - опора подшипника вала вилки первого, второго и третьего колес соответственно; 68 и 69, 70 и 71 и 72 и 73 - первая, вторая и третья пара токоподводящих щеток вала вилки первого, второго и третьего колес соответственно; 74, 75 и 76 - первый, второй и третий кожухи соответственно.
Транспортный робот содержит 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 колес 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, установленный на платформе 1 поворотный электродвигатель 15 первого колеса, выходной вал 16 которого кинематически связан с валом 17 вилки 8 первого колеса 2, и датчик 18 угла поворота первого колеса 2, установленные на вилке 8 маршевый электродвигатель 19 первого колеса, выходной вал 20 которого кинематически связан с валом 5 первого колеса 2, и датчик скорости 21 вращения первого колеса 2, кинематически связанный с валом 5 первого колеса 2, и установленный на платформе 1 источник питания 22, а также бортовую вычислительную сеть 23.
Кроме того, транспортный робот содержит поворотные электродвигатели 24 и 25 второго и третьего колес 3 и 4, маршевые электродвигатели 26 и 27 второго и третьего колес 3 и 4, датчики 28 и 29 угла поворота второго и третьего колес 3 и 4, датчики 30 и 31 скорости вращения второго и третьего колес 3 и 4 и беспроводный 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 соответствующей вилки 8, 9 и 10 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 17, 35 и 36 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 колес 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 и датчиков 21, 30 и 31 скорости вращения первого, второго и третьего колес 2, 3 и 4 и формирования и передачи управляющих сигналов на поворотные 15, 24 и 25 и маршевые 19, 26 и 27 электродвигатели первого, второго и третьего колес 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 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.
Беспроводной канал 32 обмена данными содержит 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 смонтированы на платформе 1, а вторые приемопередатчики 47, 48 и 49 из первой, второй и третьей пар 41, 42 и 43 приемопередатчиков 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 41, 42 и 43 приемопередатчиков.
Первая часть 39 элементов бортовой вычислительной сети 23 содержит головной контроллер 50 и контроллеры 51, 52 и 53 управления поворотными электродвигателями 15, 24 и 25 первого, второго и третьего колес 2, 3 и 4, а вторая часть 40 элементов бортовой вычислительной сети 23 содержит контроллеры 54, 55 и 56 управления маршевыми электродвигателями 19, 26 и 27 первого, второго и третьего колес 2, 3 и 4.
Выходные валы 57 и 58 второго и третьего маршевых электродвигателей 26 и 27 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 подключены к управляющим выходам контроллеров 54, 55 и 56, подключенных также к датчикам 21, 30 и 31 скорости вращения первого, второго и третьего колес 2, 3 и 4 соответственно, а управляющие входы первого, второго и третьего поворотных электродвигателей 15, 24 и 25 подключены к управляющим выходам контроллеров 51, 52 и 53, подключенных также к датчикам 18, 28 и 29 угла поворота первого, второго и третьего колес 2, 3 и 4 соответственно.
В качестве приемопередатчиков 44-49 используют приемопередатчики инфракрасного излучения.
Установленная на платформе 1 с возможностью передачи питающего напряжения от источника питания 22 на вал 17, 35 и 36 вилки 8, 9 и 10, вилка 8, 9 и 10 каждого колеса оснащена соответствующим узлом 59, 60 и 61 передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение, при этом каждый узел 59, 60 и 61 передачи электрического сигнала через вращающееся сочленение содержит смонтированный на платформе 1 подшипник 62, 63 и 64 с установленным в нем валом 17, 35 и 36 вилки 8, 9 и 10 и 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.
Транспортный робот функционирует следующим образом.
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 ИК-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.
А все это в целом повышает маневренность транспортного робота.
Проведенные заявителем патентные исследования показали, что аналогов приведенным существенным отличиям нет.