RU201902U1

RU201902U1 - Adaptive wheel-walking propulsion unit with sliding rim

Info

Publication number: RU201902U1
Application number: RU2020119579U
Authority: RU
Inventors: Юрий Павлович Сердобинцев; Алексей Константинович Иванюк; Диана Базарваевна Кабдулова
Priority date: 2020-06-15
Filing date: 2020-06-15
Publication date: 2021-01-21

Abstract

Полезная модель относится к движителям высокой проходимости, способным совершать движение в режиме качения и в режиме шагания, а также способным изменять свои геометрические характеристики (диаметр), и может использоваться в различных сферах деятельности (сельскохозяйственной, промышленной, в сфере безопасности и т. д.).Техническим результатом является повышение проходимости транспортных систем с колесно-шагающим движителем, обладающим механизмом адаптации к профилю преодолеваемых препятствий.Указанный технический результат достигается тем, что адаптивный колесно-шагающий движитель с раздвижным ободом, содержащий упругие опорные элементы, образующие каркас шины движителя, размещенный на неподвижном основании, и силовой орган, задающий диаметр колеса, колесо снабжено микропроцессором, входы которого соединены с выходами тензометрических датчиков, расположенных на внутренней части опорных элементов, а выходы микропроцессора соединены с силовым органом с возможностью управления перемещением, причем дополнительно снабжен закрепленным на подшипнике зубчатым колесом, находящимся в зацеплении с упругими опорными элементами.The utility model refers to propellers with high cross-country ability, capable of moving in rolling mode and walking mode, as well as capable of changing their geometric characteristics (diameter), and can be used in various fields of activity (agricultural, industrial, safety, etc.) The technical result is to increase the cross-country ability of transport systems with a wheel-walking propeller, which has a mechanism for adapting to the profile of obstacles to be overcome. The specified technical result is achieved by the fact that an adaptive wheel-walking propeller with a sliding rim, containing elastic supporting elements forming the frame of the propeller tire, placed on a fixed base, and a power body that sets the diameter of the wheel, the wheel is equipped with a microprocessor, the inputs of which are connected to the outputs of the strain gauges located on the inner part of the supporting elements, and the outputs of the microprocessor are connected to the power body with the ability to control movement it, and is additionally equipped with a gear wheel fixed on the bearing, which is in engagement with elastic supporting elements.

Description

Полезная модель относится к движителям высокой проходимости, способным совершать движение в режиме качения и в режиме шагания, а также способным изменять свои геометрические характеристики (диаметр), и может использоваться в различных сферах деятельности (сельскохозяйственной, промышленной, в сфере безопасности и т. д.). The utility model refers to propellers with high cross-country ability, capable of moving in rolling mode and walking mode, as well as capable of changing their geometric characteristics (diameter), and can be used in various fields of activity (agricultural, industrial, safety, etc.) ).

Известно устройство колесно-шагающий движитель с функцией активной подвески [Авторское свидетельство РФ 2671661, МПК B62D57/02, 2018], который содержит два равноплечих шарнирно-сочлененных рычага, связанных между собой суммирующей передачей с передаточным отношением, равным +0,5, первый из которых своим свободным концом поворотно соединен с корпусом транспортного средства, а второй поворотно соединен со ступицей колеса, тяговый привод, включающий двигатель и редуктор, размещенные в ступице колеса, размещенные в первом рычаге редуктор шагания и блокирующий механизм, выполненный в виде планетарной передачи, водило и эпицикл которой снабжены управляемыми тормозами, неповоротно связанными с корпусом, отличающийся тем, что с целью улучшения возможностей адаптации движителя к рельефу и повышения подвижности путем регулирования относительного положения колес и корпуса по вертикали в процессе движения в колесном режиме корпус транспортного средства жестко связан со стаканом, в котором размещен поворотный корпус со встроенными в него двигателем и редуктором поворотного корпуса, выходной вал которого связан зубчатой передачей с упомянутым стаканом, редуктором шагания, выходной вал которого жестко связан с первым рычагом, блокирующим механизмом, солнечная шестерня которого связана с валом двигателя, эпицикл - с входным валом редуктора поворотного корпуса, водило - с входным валом редуктора шагания, а корпус тягового привода соединен со стаканом с помощью двух реактивных цепных передач, одна из свободных звездочек которых неповоротно соединена с корпусом тягового привода, другая - со стаканом, а две звездочки соединены общим валом, соосным с осью сочленения рычагов, одна из опор которого установлена поворотно в первом, а вторая - во втором рычаге. A known device is a wheel-walking propeller with an active suspension function [Inventor's certificate of the Russian Federation 2671661, IPC B62D57 / 02, 2018], which contains two equal-armed articulated levers connected by a summing gear with a gear ratio of +0.5, the first of which by its free end is pivotally connected to the vehicle body, and the second is pivotally connected to the wheel hub, a traction drive including an engine and a gearbox located in the wheel hub, a walking gearbox and a blocking mechanism made in the form of a planetary gear located in the first lever, a carrier and the epicycle of which is equipped with controlled brakes, non-rotationally connected to the body, characterized in that in order to improve the possibilities of adaptation of the propeller to the terrain and increase mobility by adjusting the relative position of the wheels and the body vertically during movement in wheel mode, the vehicle body is rigidly connected to the glass, in which hosts a rotary housing with a built-in motor and a rotary housing reducer, the output shaft of which is connected by a gear train with the mentioned glass, a walking gear, the output shaft of which is rigidly connected to the first lever, a locking mechanism, the sun gear of which is connected to the motor shaft, the epicycle - to the input shaft the rotary housing reducer, the carrier - with the input shaft of the walking gear, and the traction drive housing is connected to the glass by means of two jet chain drives, one of the free sprockets of which is irreversibly connected to the traction drive housing, the other to the glass, and the two sprockets are connected by a common shaft, coaxial with the articulation axis of the levers, one of the supports of which is installed pivotally in the first lever, and the second in the second lever.

Недостатком устройства является неспособность данного транспортного средства автоматически адаптироваться под профиль преодолеваемых препятствий по ходу движений в реальном времени с учетом очувствления элементов движителя при помощи оснащения его тензометрической системой. А также у устройства отсутствует возможность использования различных режимов движения с учетом сложного рельефа пересекаемой местности, а именно режима шагания.The disadvantage of the device is the inability of this vehicle to automatically adapt to the profile of obstacles to be overcome in the direction of travel in real time, taking into account the sensation of the propulsion elements by equipping it with a tensometric system. And also, the device does not have the ability to use various modes of movement, taking into account the complex relief of the terrain being crossed, namely the walking mode.

Известно устройство шагающее колесо транспортного средства повышенной проходимости [Авторское свидетельство РФ 2455172, МПК B60B19/00, B62D57/032, 2012], содержащее две спаренные опоры с выпуклыми опорными секторами, образованными дугами окружности, закрепленные на установленных на водиле в противофазе сателлитах, взаимодействующих посредством внутреннего зацепления с зубчатым венцом планетарного механизма, закрепленным на корпусе транспортного средства, отличающееся тем, что опорные секторы закреплены на опорах шарнирно в вертикальной плоскости движения и подпружинены относительно опоры с возможностью упругого поворота вокруг шарнира, а шарнир закреплен на оси опоры в центре кривизны сектора.A known device is a walking wheel of an off-road vehicle [Author's certificate of the Russian Federation 2455172, IPC B60B19 / 00, B62D57 / 032, 2012], containing two paired supports with convex supporting sectors formed by circular arcs, fixed on the satellites mounted on the carrier in antiphase, interacting by internal engagement with a planetary gear ring fixed to the vehicle body, characterized in that the support sectors are pivotally attached to the supports in the vertical plane of movement and spring-loaded relative to the support with the possibility of elastic rotation around the hinge, and the hinge is fixed on the support axis in the center of the sector curvature.

Недостатком данного устройства является то, что оно работает только в одном режиме - в режиме шагания, отличающемся своей низкой скоростью и неустойчивостью.The disadvantage of this device is that it works only in one mode - in the walking mode, which is characterized by its low speed and instability.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и принятым за прототип является [П.м. 180692 Российская Федерация, МПК B60B3/00, B60B15/00, B60B23/12, 2018.] адаптивное колесо с раздвижным ободом, содержащее смонтированную на цапфе ступицу с закраиной обода, несущую подвижную в осевом направлении втулку с другой закраиной, упругую шину, размещенную между названными закраинами обода, и силовой орган, изменяющий расстояние между ними, отличающееся тем, что колесо снабжено микропроцессором, входы которого соединены с выходами тензометрических датчиков расположенных на внутренней части упругой шины, а выходы микропроцессора соединены с силовым органом с возможностью управления его перемещением.The closest technical solution for a set of features and taken as a prototype is [PM. 180692 Russian Federation, IPC B60B3 / 00, B60B15 / 00, B60B23 / 12, 2018.] an adaptive wheel with a sliding rim containing a hub mounted on a trunnion with a rim flange, bearing a bushing movable in the axial direction with another flange, an elastic tire placed between the named rim rims, and a power body that changes the distance between them, characterized in that the wheel is equipped with a microprocessor, the inputs of which are connected to the outputs of the strain gauges located on the inner part of the elastic tire, and the outputs of the microprocessor are connected to the power body with the ability to control its movement.

Недостатком устройства является отсутствие возможности использования различных режимов движения с учетом сложного рельефа пересекаемой местности, а именно режима шагания.The disadvantage of the device is the inability to use various modes of movement, taking into account the complex relief of the terrain being crossed, namely the walking mode.

Задачей является создание устройства с возможностью автоматического управления диаметром движителя на ходу транспортного средства, исходя из геометрических размеров преодолеваемых препятствий, и автоматического перехода с режима колесного движения на режим шагания.The task is to create a device with the ability to automatically control the diameter of the propeller on the move of the vehicle, based on the geometric dimensions of the obstacles to be overcome, and to automatically switch from the wheel movement mode to the walking mode.

Техническим результатом является повышение проходимости транспортных систем с колесно-шагающим движителем, обладающим механизмом адаптации к профилю преодолеваемых препятствий.The technical result is to increase the cross-country ability of transport systems with a wheel-walking propeller, which has a mechanism for adapting to the profile of obstacles to be overcome.

Указанный технический результат достигается тем, что адаптивный колесно-шагающий движитель с раздвижным ободом, содержащий упругие опорные элементы, образующие каркас шины движителя, размещенный на неподвижном основании, и силовой орган, задающий диаметр колеса, колесо снабжено микропроцессором, входы которого соединены с выходами тензометрических датчиков, расположенных на внутренней части опорных элементов, а выходы микропроцессора соединены с силовым органом с возможностью управления перемещением, причем дополнительно снабжен закрепленным на подшипнике зубчатым колесом, находящимся в зацеплении с упругими опорными элементами.The specified technical result is achieved by the fact that an adaptive wheel-walking propeller with a sliding rim, containing elastic supporting elements forming a carcass of the propeller tire, placed on a fixed base, and a power body that sets the diameter of the wheel, the wheel is equipped with a microprocessor, the inputs of which are connected to the outputs of the strain gauges located on the inner part of the support elements, and the outputs of the microprocessor are connected to the power element with the ability to control the movement, and is additionally equipped with a gear wheel fixed on the bearing, which is in engagement with the elastic support elements.

Дополнительное снабжение заявляемого устройства закрепленным на подшипнике зубчатым колесом, находящимся в зацеплении с упругими опорными элементами, позволяет осуществлять движение в различных режимах (вращения и шагания) за счет регулирования диаметра движителя, происходящего в плоскости, перпендикулярной плоскости преодолеваемого рельефа транспортного средства.Additional supply of the inventive device with a gear wheel attached to the bearing, which is in engagement with elastic supporting elements, allows movement in various modes (rotation and walking) by adjusting the diameter of the propeller occurring in a plane perpendicular to the plane of the overcome vehicle relief.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид адаптивного колесно-шагающего движителя с раздвижным ободом, на фиг.2 – сечение по А-А, на фиг.3 изображены геометрические параметры для расчета определения высоты препятствия.The essence of the proposed utility model is illustrated by drawings, where figure 1 shows a general view of an adaptive wheel-walking propeller with a sliding rim, figure 2 is a section along AA, figure 3 shows the geometric parameters for calculating the determination of the height of the obstacle.

Адаптивный колесно-шагающий движитель с раздвижным ободом состоит из неподвижного основания 1 с подшипником 2, на котором размещено зубчатое колесо 3, находящееся в зацеплении с упругими опорными элементами 4, образующими каркас шины, которые в свою очередь находится в зацеплении с силовым органом, задающим диаметр колеса, представляющим собой сервоприводы 5, закрепленные на основании 1. Адаптивный колесно-шагающий движитель снабжен микропроцессором 6, входы которого соединены с выходами тензометрических датчиков 7, расположенных на внутренней части упругих элементов 4, а выходы микропроцессора 6 соединены с сервоприводами 5, изменяющими диаметр колеса (фиг. 1 и фиг. 2).The adaptive wheel-walking propeller with a sliding rim consists of a fixed base 1 with a bearing 2, on which a gearwheel 3 is placed, which is in engagement with elastic supporting elements 4 that form the tire carcass, which in turn is in engagement with a force body that sets the diameter wheels, which are servo drives 5, fixed on the base 1. The adaptive wheel-walking propeller is equipped with a microprocessor 6, the inputs of which are connected to the outputs of the strain gauges 7 located on the inside of the elastic elements 4, and the outputs of the microprocessor 6 are connected to the servo drives 5, which change the diameter of the wheel (Fig. 1 and Fig. 2).

Адаптивный колесно-шагающий движитель с раздвижным ободом работает следующим образом.The adaptive wheel-walking propeller with a sliding rim works as follows.

На внутреннюю часть упругого опорного элемента 4, смонтированного на основании 1, размещаются тензометрические датчики 7 (резисторы изгиба), работающие таким образом, что дискретный участок шины без нагрузки выдает сопротивление, взятое за базовое значение, под нагрузкой тензометрический датчик 7 будет иметь меньшее сопротивление (так как происходит его разгибание). Показания тензометрических датчиков 7 передаются в микропроцессор 6, где происходит сравнение, определение места контакта с поверхностью для определения геометрических параметров препятствия. Так если сопротивление тензометрического датчика 7, расположенного на внутренней части упругого элемента 4, после соприкосновения с грунтом уменьшится, значит, присутствует препятствие и необходимо определить возможность его преодоления и при необходимости увеличить радиус движителя или сменить режим движения на шагание. Изменение радиуса происходит следующим образом: сигнал с микропроцессора 6 подается на сервоприводы 5, закрепленные на основании 1, от действия которых приводится в движение зубчатое колесо 3, закрепленное на подшипнике 2. От вращения зубчатого колеса 3 находящиеся в зацеплении с ним упругие опорные элементы 4 выдвигаются, тем самым увеличивая диаметр движителя.On the inner part of the elastic support element 4, mounted on the base 1, strain gauges 7 (bending resistors) are placed, operating in such a way that the discrete section of the tire without load gives a resistance taken as a base value, under load the strain gauge 7 will have a lower resistance ( as it is unbending). The readings of the strain gauges 7 are transmitted to the microprocessor 6, where a comparison takes place, the location of contact with the surface is determined to determine the geometric parameters of the obstacle. So if the resistance of the strain gauge 7, located on the inside of the elastic element 4, after contact with the ground, decreases, then there is an obstacle and it is necessary to determine the possibility of overcoming it and, if necessary, increase the radius of the propeller or change the mode of movement to walking. The change in the radius is as follows: the signal from the microprocessor 6 is fed to the servo drives 5, fixed on the base 1, from the action of which the gearwheel 3, fixed on the bearing 2, is set in motion. From the rotation of the gearwheel 3, the elastic supporting elements 4 in engagement with it move out , thereby increasing the diameter of the propeller.

Необходимо разобрать процесс изменения геометрических характеристик (диаметра) или режима движения на шагание на ходу транспортного средства в зависимости от преодолеваемых препятствий. Для очувствления движителя на внутреннюю часть упругих опорных элементов 4 закреплен тензометрический датчик 7, который реагирует на деформацию поверхности. В случае наличие препятствия он срабатывает, сигнал от него идет на микропроцессор 6, который в зависимости от резисторов высоты изгиба, дает команду силовым органам (сервоприводам 5) на изменение диаметра движителя или изменение режима движения на шагание. It is necessary to disassemble the process of changing the geometric characteristics (diameter) or the mode of movement for walking on the move of the vehicle, depending on the obstacles to be overcome. To sense the mover, a strain gauge 7 is attached to the inner part of the elastic support elements 4, which reacts to surface deformation. In the event of an obstacle, it is triggered, the signal from it goes to the microprocessor 6, which, depending on the bending height resistors, gives a command to the power elements (servo drives 5) to change the diameter of the propeller or change the mode of movement to walking.

Проведем геометрические расчеты для определения высоты препятствия адаптивным колесно-шагающего движителем с раздвижным ободом (фиг. 3).Let's carry out geometric calculations to determine the height of the obstacle using an adaptive wheel-walking propulsion device with a sliding rim (Fig. 3).

При передвижении движителя в реальном времени происходит автоматическое определение высоты препятствия при помощи установленных на упругих элементах 4 тензометрических датчиков 7. Тензометрические датчики 7 расположены в определенном порядке и в определенном количестве. При соприкосновении тензометрического датчика 7 с препятствием или с полотном дороги автоматически определяется номер тензометрического датчика 7 и определяется угол между серединой упругого элемента 4 и точкой соприкосновения тензометрического датчика 7 с препятствием. When the propeller moves in real time, the obstacle height is automatically determined using 4 strain gauges 7 installed on the elastic elements. The strain gauges 7 are located in a certain order and in a certain number. When the strain gauge 7 comes into contact with an obstacle or the roadbed, the number of the strain gauge 7 is automatically determined and the angle between the middle of the elastic element 4 and the point of contact of the strain gauge 7 with the obstacle is determined.

Угол между серединами упругих 4 элементов равен 90°.The angle between the midpoints of the elastic 4 elements is 90 °.

Тогда сумма углов будет составлять:Then the sum of the angles will be:

,

где

угол между серединной осью упругого элемента 4 и точкой касания упругого элемента 4 с препятствием;Where

the angle between the middle axis of the elastic element 4 and the point of contact of the elastic element 4 with the obstacle;

угол между точкой касания упругого элемента4 с препятствием и точкой касания следующего упругого элемента 4 с землей;

the angle between the point of contact of the elastic element 4 with the obstacle and the point of contact of the next elastic element 4 with the ground;

угол между точкой касания следующего упругого элемента 4 с землей и серединной осью этого упругого элемента 4.

the angle between the point of contact of the next elastic element 4 with the ground and the middle axis of this elastic element 4.

Угол

и

находится из формулы длины дуги:Angle

and

is found from the arc length formula:

,

где

это длины дуг между серединной осью упругого элемента 4 и точкой касания с препятствием и поверхностью, соответственно, которые определяются автоматически, исходя из того, какой по счету датчик срабатывает;Where

these are the lengths of the arcs between the middle axis of the elastic element 4 and the point of contact with the obstacle and the surface, respectively, which are determined automatically based on which sensor is triggered;

радиус движителя без нагрузки.

propeller radius without load.

Тогда угол

находится как:Then the angle

is found as:

.

...

Из прямоугольного треугольника находим расстояние k между центром движителя и точкой соприкосновения упругого элемента 4 с препятствием:From the right-angled triangle, we find the distance k between the center of the propeller and the point of contact of the elastic element 4 with the obstacle:

Тогда высота препятствия

:Then the height of the obstacle

:

Рассмотрим пример.Let's look at an example.

Пусть на каждом упругом элементе 4 расположено 8 тензометрических датчиков 7. Длина дуги L каждого упругого элемента 4 составляет 160 мм, длина тензометрических датчиков 7 составляет 20 мм. Диметр d колеса без нагрузки 220 мм.Let 8 strain gauges 7 are located on each elastic element 4. The arc length L of each elastic element 4 is 160 mm, the length of strain gauges 7 is 20 mm. Wheel diameter d without load is 220 mm.

Пусть один из упругих элементов 4 наталкивается на препятствие и опирается на 6-й тензометрический датчик 7, тогда расстояние от середины упругого элемента 4 до сработавшего тензометрического датчика 7 составляет:Let one of the elastic elements 4 collide with an obstacle and rest on the 6th strain gauge 7, then the distance from the middle of the elastic element 4 to the triggered strain gauge 7 is:

Другой упругий элемент 4 соприкасается с поверхностью 1-м тензометрическим датчиком 7, тогда длина

составляет:Another elastic element 4 is in contact with the surface of the 1st strain gauge 7, then the length

is:

Высота препятствия h определяется как:The height of the obstacle h is defined as:

Стоит отметить, что изменение диаметра и режима движения ведет не только к увеличению проходимости, маневренности, но и к возможности функционирования в условиях сложного рельефа преодолеваемых препятствий с малой зоной контакта опорной точки (режим шагания).It should be noted that a change in the diameter and mode of movement leads not only to an increase in cross-country ability, maneuverability, but also to the possibility of functioning in difficult terrain of overcome obstacles with a small contact area of the reference point (walking mode).

Таким образом, за счет дополнительной установки в адаптивном колесно-шагающем движителе закрепленного на подшипнике зубчатого колеса, находящегося в зацеплении с упругими опорными элементами, появляется возможность автоматического управления диаметром адаптивного движителя на ходу транспортного средства, исходя из геометрических размеров преодолеваемых препятствий, и переключения различных режимов движения.Thus, due to the additional installation in the adaptive wheel-walking propeller of a gear wheel fixed on the bearing, which is in engagement with elastic supporting elements, it becomes possible to automatically control the diameter of the adaptive propeller on the move of the vehicle, based on the geometric dimensions of the obstacles to be overcome, and switch different modes movement.

Claims

An adaptive wheel-walking propeller with a sliding rim, containing elastic supporting elements forming a carcass of the propeller tire, placed on a fixed base, and a power body that sets the wheel diameter, the wheel is equipped with a microprocessor, the inputs of which are connected to the outputs of strain gauges located on the inner part of the supporting elements , and the outputs of the microprocessor are connected to the power element with the ability to control the movement, characterized in that it is additionally equipped with a gear wheel fixed on the bearing, which is in engagement with elastic supporting elements.