Создание автоматизированного робота-платформера высокой проходимости включает в себя следующие задачи: определение параметров эксплуатации: разработка ходовой части, обеспечивающей необходимые параметры проходимости, скорости и надежности; разработка системы управления ходовой частью. Понятие робот-платформер подразумевает под собой платформу, несущую полезную нагрузку, причем различную. Ввиду этого при разработке требуется обеспечение таких параметров как: модульность конструкции, взаимозаменяемость элементов. В условиях эксплуатации необходима высокая надежность изделия, быстрое техобслуживание. Для обеспечения требуемых параметров необходимо максимально упростить ходовую часть, сохранив высокую проходимость робота по недетерминированной местности. Существующие ходовые части, такие как: колесный привод, гусеничный привод, обеспечивают достаточные параметры проходимости и скорости, однако имеют основой массивные передаточные механизмы: подвеска, трансмиссия, сцепление, что в свою очередь ведет к значительному увеличению массы исходного продукта. Решить данную проблему помогают электроприводы, такие как мотор-колеса (Далее МК).

Мотор-колесо было изобретено в конце XIX века, а его преимущества и недостатки описаны в патенте Чарльза Принцип работы МК состоит в следующем: создается крутящий момент за счет возникновения вращающегося магнитного поля в зафиксированном статоре, который взаимодействует с этим полем за счет магнитов -Терикома в 1896 году [3].

В сущности, по своему устройству мотор-колесо представляет собой колесо с интегрированным бесколлекторным электродвигателем и системой рекуперативного торможения [1]. Существует два вида мотор-колес: МК прямого привода и редукторные МК. Несмотря на одинаковый принцип действия эти два типа МК сильно отличаются по своим характеристикам, главной из которых для нас является проходимость.

. Статор напоминает своим видом многолучевую звездочку, изготавливаемую из электротехнической стали, с обмоткой. В момент подачи электрического импульса, создаваемого методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ сигнал) на обмотки лучи статора становятся магнитами, которые взаимодействуют с постоянными магнитами на роторе. Момент активации магнитов в статоре происходит за счет датчиков Холла, которые определяют относительно положение ротора и статора. В результате регистрации 

---

магнитного поля датчики создают ШИМ сигнал, попадающий на контроллер. По этому сигналу контроллер подает импульсы на обмотку. За данный цикл происходит один оборот ротора.[2] Различия в устройстве редукторного МК и МК прямого привода состоит в следующем: для МК прямого привода ротором является ось колеса с обмотками, а статором – втулка колеса с постоянными магнитами. Такая схема по своему существу является классическим трехфазным двигателем переменного тока. В свою очередь у редукторного МК передаточная система является планетарной, что сильно влияет на его крутящий момент и компоновку.

В вопросе обеспечения требуемых параметров мотор-колеса решают поставленные задачи, такие как упрощение ходовой части , обеспечение модульности конструкции, обеспечение быстрого техобслуживания следующим образом: так как мотор-колесо имеет встроенный электродвигатель, то каждое колесо имеет собственный привод, за счет чего пропадает необходимость внедрения рулевых и передаточных механизмов, тем самым упрощается ходовая часть; простое внутреннее устройство мотор-колеса обеспечивает неприхотливость технического обслуживания ходовой части; разнообразие мотор-колес позволяет быстро производить замену поврежденного колеса, либо заменить колесную базу на другую целиком за малый промежуток времени и без использования специальных инструментов. Созданная на основе мотор-колес ходовая часть позволяет использовать менее мощные мотор колеса для обеспечения идентичных тягловых и скоростных характеристик с обычными электроприводами, что в свою очередь ведет к меньшему энергопотреблению системы, а соответственно и к еще большему облегчению за счет менее массивных источников питания.



Рис.1 – Устройство мотор-колеса

Существует два типа мотор-колес: редукторные МК и МК прямого привода. Эти два типа мотор-колес имеют значительные различия в устройстве. Редукторные МК содержат редуктор, как правило планетарный, обгонную муфту. МК прямого привода состоят из ротора и статора. Эти различия в устройстве определяют свойства мотор-колеса. Редукторные МК обладают следующими преимуществами: оптимальный КПД на всех скоростных диапазонах, низкое энергопотребление ввиду малой мощности, варьирующейся в пределах от 250 Вт до 600 Вт для 

---

обеспечения стабильной работы двигателя, хороший накат, высокий крутящий момент при запуске ввиду наличия редуктора, малая масса колеса в диапазоне от 1.4 кг до 5 кг. Из недостатков следует отметить меньший ресурс ввиду наличия редуктора, шум, невысокая скорость в сравнении с МК прямого привода, отсутствие рекуперативного торможения. МК прямого привода обладают высокой скоростью передвижения по прямой траектории и сравнительно с редукторными МК, намного долговечнее при длительном использовании ввиду простоты конструкции, низкий уровень шума, наличие рекуперативного торможения. Недостатки МК прямого привода: большой вес колеса, низкие тягловые характеристики, эффективный КПД достигается в малом диапазоне скоростей [4].

Рассмотренные свойства мотор колес различных позволяют сделать следующие выводы: для создания робота-платформера высокой проходимости целесообразно использовать мотор-колеса с редуктором. Этот тип МК позволяет достичь необходимых параметров проходимости, модульности, простоты технического обслуживания. Так как ходовая часть на основе мотор-колес включает в себя только мотор-колеса, рессоры и рычаги крепления колес, она значительно дешевле в сравнении с классическим колесным приводом. Управляемость обеспечивается за счет индивидуального привода на каждом колесе.

Ниже приведен метод расчета параметров мотор-колеса для обеспечения необходимой скорости передвижения робота в скоростном режиме и тяговом режиме.

Скоростной режим

Основное требование: обеспечение движения колеса со скоростью V с колесом радиуса   по горизонтальному участку дороги с коэффициентом сопротивления качению f и с полной загрузкой m (полная масса колес m_ш с оборудованием, плюс полезная нагрузка m_г).
На основании принятых допущений получим следующие расчетные параметры:

1. 
   
   частота вращения колес:
   

 
2) потребный тяговый момент (в пересчете на колесо необходимо разделить на количество тяговых колес):

---

3. 
   
   требуемая мощность мотор-колес на выбранном режиме (в пересчете на колесо необходимо разделить на количество тяговых колес):
   

Тяговый режим

Основное требование: обеспечение движения колес со скоростью Vс колесом радиуса   по горизонтальному участку дороги с коэффициентом сопротивления качению fи углом наклона α с полной загрузкой m (полная масса m_ш с оборудованием плюс полезная нагрузка m_г).
На основании принятых допущений получим следующие расчетные параметры:

1. 
   
   частота вращения колес:
   

 

2. 
   
   коэффициент сопротивления движению:
   

3. 
   
   потребный тяговый момент (в пересчете на колесо необходимо разделить на количество тяговых колес):
   

 [Нм]
 (в пересчете на одно колесо)
Для определения потребного тягового момента на отдельное колесо необходимо учитывать распределение нагрузки на колеса. В случае двухосной системы распределение тяговых моментов соответствует таблице 1 [5].

Распределение масс в % (первая цифра – передняя ось, вторая – задняя)	Распределение необходимых тяговых моментов в % (первая цифра   – передняя ось, вторая   – задняя)
60:40	59:41
55:45	54:46
50:50	49:51
45:55	44:56
40:60	39:61

---

Таб.1 Распределение тяговых моментов относительно распределения масс

Для определения действительного тягового момента необходимо отношение распределения моментов на оси умножить на потребный тяговый момент

 ;

4. 
   
   Требуемая мощность мотор-колес
   

В пересчете на каждое колесо:



Библиографический список

1. 
   
   Ишлинский А.Ю. Политехнический словарь – 3-е издание, переработанное и дополненное // М.: Советская энциклопедия, 1989, 317с.
   
2. 
   
   Кудишин И.В. «Энциклопедия техника» // М.: Росмэн,, 2011, 120 с.
   
3. 
   
   История изобретения мотор-колеса [Электронный ресурс]- URL: https://electropowerbikes.com/istoriya-izobreteniya-motor-kolesa/ (дата обращения 20.03.2022)
   
4. 
   
   Редукторные мотор-колеса [Электронный ресурс]- URL: https://www.electra.com.ua/otovarah/reduktornye-motor-kolesa.html (дата обращения 20.03.2022)
   
5. 
   
   Робофорум [Электронный ресурс] – URL: http://roboforum.ru/forum8/topic275.html (дата обращения 20.03.2022)
   

---

Смотрите также файлы

• Дворцовые перевороты в России xviii в.docx

• Составить план производства продукции, обеспечив максимальную прибыль, учитывая ограничения, заданные в таблице 1.docx

• 6 Платье в 6 раз дороже сумки. Запишите отношение.docx

• Благоустройство территории внутригородского муниципального образования СанктПетербурга муниципального округа ЮгоЗапад проектная документация раздел 6 Проект организации строительства.doc

• Генетика пола. Генетический механизм определение пола. Сцепленное с полом наследование Цели обучения, которые достигаются на данном уроке (ссылка на учебную программу).docx