Глава 1. Современные разработки шасси для планетоходов

1. Обзор традиционных шасси, их преимущества и недостатки

Известны роботы различного назначения, использующие многоколесные или гусеничные шасси [2]. В развитых странах разрабатываются шагоходные универсальные транспортные платформы для роботов. Традиционные колесные и гусеничные шасси относительно недороги, просты в изготовлении и обслуживании, но из-за наличия избыточных связей в системе местность-транспортная платформа неэкономичны, имеют большой вес и не могут обеспечить высокую наблюдаемость управления. Шагоходные шасси требуют сложных систем управления непрерывно меняющимися кинематическими связями в конструкциях шасси и динамическими характеристиками конструкции. При этом для многоопорных шагоходных шасси характерны те же проблемы с избыточными связями, а «двуногие» и «одноногие» шасси тратят энергию на поддержание статической и динамической остойчивости.

2. Нетрадиционные конструкции для планетоходов. Одноосные шасси

Одноосный робот – робот на двухколейной двухколесной платформе (далее – одноосное шасси), предназначенный для решения различных задач, предъявляющих повышенные или исключительные требования к шасси мобильного робота: проходимость, управляемость, маневренность, наблюдаемость управления (рис.1).

Система местность-одноосная машина имеет минимум избыточных связей с окружающей средой, что обуславливает наибольшую управляемость и наблюдаемость перемещения машины по местности по сравнению с машинами на других шасси [3,4]; обладает состоянием статической остойчивости, то есть, не тратит энергию на поддержание остойчивости в неподвижном состоянии.

Структурно конструкция традиционного одноосного шасси образована тремя элементами, кинематически развязанными шарнирными парами. Это колеса с полуосями, несущий мост с развязками силовых цепей, и подвешенная к нему кабина (нагрузочная платформа).

Широкое применение одноосных шасси ограничивалось присущим им существенным недостатком – маятниковым раскачиванием кабины в динамических режимах движения из-за некомпенсированного реактивного момента на кабине. В нашей конструкции этот момент компенсируется статическим и динамическим моментами, возникающими при смещении центра масс кабины относительно оси. Для подавления маятникового раскачивания кабины таким способом необходимо создать дополнительную внутреннюю степень свободы в конструкции шасси и обеспечить передачу вращательного момента между смещающимися относительно друг друга валами двигателя и полуосями колес.

Глава 2. Структурная схема модели планетохода. Конструкции основных структурных элементов модели. Сенсорная система модели.

2.1. Одноосные транспортные средства, основанных на принципах управления состоянием прямого и обратного физических маятников.

С позиций механики механизм управления остойчивостью одноосного транспортного средства определяется как управление остойчивостью прямого или обратного физических маятников. Одним из ярчайших представителей транспортных средств, основанных на принципе стабилизации «обратного маятника» является скутер «Сегвей», изобретенный американцем Дином Кейманом [5].

Конструкция его скутера представлена двумя соосными колесами с подвешенной между ними несущей платформой с расположенными на ней двигателями, батареями аккумуляторов, сенсорами и тензометрической площадкой (рис. 2). «Сегвей» автоматически балансируется при изменении положения корпуса ездока. Для этой цели используется система индикаторной стабилизации: сигналы с гироскопических и жидкостных датчиков наклона поступают на микропроцессоры, которые вырабатывают управляющие двигателями воздействия. Каждое колесо «Сегвея» приводится во вращение своим электродвигателем, реагирующим на изменения равновесия машины.

При наклоне ездока вперёд «Сегвей» начинает катиться вперёд, и чем больше наклон, тем быстрее. При отклонении корпуса назад самокат замедляет движение, останавливается или катится задним ходом. Руление в первой модели происходит с помощью поворотной рукоятки, в новых моделях — качанием колонки влево-вправо.

«Сегвей» развивает скорость около 20 км/ч. Масса без батареи около 40 кг, ширина 60 см, полезная нагрузка — 140 кг. Аккумулятор обеспечивает пробег до 39 км. В зависимости от модели эти показатели могут варьироваться. Специально для устройства разработаны компактные, но достаточно мощные (2 л.с.) электродвигатели. Каждый из них через редуктор связан со своим колесом. Скутер может двигаться не только по асфальту, но и по грунту.

Свой концепт одноосного транспортного средства представил даже Maybach. Называется этот концепт Maybach DRS (рис. 3). Maybach De-Riki-Sha – концепт персонального транспортного средства на электрической тяге, который использует ДНК-структуру для внешней оболочки.

Также не отстает от других компания Apple представившая проект iMo. iMo предполагается анонсировать в 2024 году как серийную модель крошечного двухколесного транспорта на базе автономного роботизированного устройства (рис.4). Части корпуса, как утверждают авторы полностью поддаются повторной переработке.