Телефон: +7 (383)-235-94-57

ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ХОДОВОЙ ЧАСТИ БОЕВОГО РОБОТА «СКОРПИОН»

Опубликовано в журнале: Инженерные решения №1(1)

Автор(ы): Поезжаева Елена Вячеславовна, Васев Илья Вячеславович

Рубрика журнала: Технологии машиностроения

Статус статьи: Опубликована 18 декабря

DOI статьи: 10.32743/2658-6479.2019.1.1.4

Библиографическое описание

Поезжаева Е.В., Васев И.В. ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ХОДОВОЙ ЧАСТИ БОЕВОГО РОБОТА «СКОРПИОН» // Инженерные решения: эл.научный журнал. –2018 – №1(1). URL: https://journaltech.ru/archive/1/4 (дата обращения: 23.08.2019)

Поезжаева Елена Вячеславовна
канд. тех. наук, доц. Пермского национального исследовательского политехнического университета,
РФ, г. Пермь

Васев Илья Вячеславович
студент, Пермского национального исследовательского политехнического университета,
РФ, г. Пермь

ENGINEERING SOLUTION OF THE PROBLEM THE RUNNING GEAR THE COMBAT ROBOT "SCORPION"

Elena Poezzhaeva
candidate of technical sciences, assistant professor Perm national research polytechnic university,
Russia, Perm

Ilya Vasev
student, Perm national research polytechnic university,
Russia, Perm

 

АННОТАЦИЯ

В статье говорится о боевом роботе «Скорпион». Ходовая часть данного робота не приспособлена к динамическому ландшафту. Для решения данной проблемы предлагается улучшение посредством замены компонент системы перемещения. Приводятся уравнения для нахождения минимальной скорости установленного гусеничного движителя. Благодаря установленной модернизации «Скорпион» будет способен передвигаться по поверхностям со сложным рельефом.

ABSTRACT

The article about the «Scorpion» combat robot. The running gear of this robot is not adapted to the dynamic landscape. To solve this problem, an improvement is proposed by replacing the components of the displacement system. Equations are given for finding the minimum speed of established tracked propulsor. Thanks to the proposed modernization, the «Scorpion» will be able to move in almost any terrain.

Ключевые слова: робот, ходовая часть, гусеничный движитель.

Keywords: robot, running gear, tracked propulsor.

 

В наше время широко распространены роботы в военных и космических целях. Их используют для различных целей как мирных, так и военных. Роль роботов во время военных действий велика, ведь они способны заменить человека на полях сражений. При этом оператор может находиться в безопасном месте и управлять удаленно, если в этом есть необходимость. Приоритетным оснащением для данного типа роботов является система перемещения. Устройства перемещения состоят из ходовой части и ее приводов. По принципу действия ходовой части эти устройства делятся на: колесные, гусеничные, на электромагнитной подвеске, на воздушной подушке и т. д.[2, с.39]

Во время ведения боевых действий происходит динамика ландшафта. Поэтому способность роботов к передвижению по сложному рельефу – это один из важнейших факторов, который влияет на возможность выполнения поставленных задач.

Роботом, не приспособленным к антропогенной динамике ландшафта, является «Скорпион» – бронированный беспилотный боевой робот (Рис. 1).

Ходовая часть «Скорпиона» снабжена телескопическими стойками колес, расположенными над электромоторами, включающими статор, постоянные магниты ротора, верхний и нижний подшипники, установленными в корпусе с защитной крышкой. [3, с.6]

Во время проведения боевых операций робот, благодаря бесшумности и небольшой высоте (до 1,5 метров), незаменим в разведке и диверсиях. Предполагалось, что телескопические стойки находятся в нижнем положении и их поднятие происходит на короткий момент, когда необходимо увеличить обзор. Именно стойки являются основным недостатком ходовой части, т.к. дорожный просвет робота очень мал. Это значит, что его использование очень ограниченно по местности.

Рисунок 1. Боевой робот «Скорпион»

Для решения данной проблемы было предложено изменить компоненты ходовой системы:

1.      У передней и задней части заменяем телескопические стойки амортизаторами с выносными камерами;

2.      В средней части системы меняем колеса на гусеничный движитель со встроенным электродвигателем (Рис.2), который взаимодействует напрямую с зубчатым колесом.

Рисунок 2. Гусеничный движитель со встроенным электродвигателем

Электродвигатель устанавливается в верхнее (ведущее) зубчатое колесо. Данное решение обеспечит наилучшую производительность двигателя благодаря отсутствию лишних нагрузок со стороны продвижения по земле.

Гусеница устанавливается таким образом, чтобы не задевать поверхность земли и при этом телескопические стойки находились бы в нижнем положении (Рис. 3).

Рисунок 3. Боевой робот «Скорпион» с гусеничным движителем

Они будут задействованы, в зависимости от ситуации, что позволит сохранять бесшумность, маневренность и увеличит продолжительность работы «Скорпиона», однако он потеряет немного в скорости перемещения.

При необходимости на гусеницу можно установить защитную пластину. Данное решение предотвратит возможность случайных поломок, посредством уменьшения вероятностей попадания в механизм объектов разной величины.

Приведем расчетные уравнения для выявления минимальной скорости «Скорпиона» во время его движения на гусенице.

Для этого определим силу тяги робота при условиях, что его движение равномерно прямолинейно с постоянной максимальной скоростью по сухой горизонтальной дороге с твердым покрытием:

,

где

– сила сопротивления движению со стороны дороги;
         – сила сопротивления воздуха при максимальной скорости движения.

Здесь – масса робота; – ускорение свободного падения; – общий коэффициент сопротивления дороги прямолинейному движению робота; – коэффициент обтекаемости; F – площадь поперечного сечения робота (лобовая площадь).
         Для горизонтальной дороги с твердым покрытием принимают коэффициент сопротивления = 0,03…0,04 , а относительный подъем = 0,02…0,03.

         При расчете можно принимать:

=0,06…0,07 , .

         Здесь H, h и B – соответственно габаритная высота, дорожный просвет и колея робота.

         Определим общий КПД движителя робота:

,

где – механический КПД трансмиссии, – КПД гусеницы.

         Принимаем = 0,95…0,97. Для оценки КПД гусеницы воспользуемся эмпирической зависимостью: .

        Благодаря такой конструкции данным получится узнать максимальную свободную мощность двигателя с уже заданными начальными условиями:

.

         Наконец, определяем минимальную скорость движения при условии, что она будет происходить на низшей передаче основного ряда при нормальной частоте вращения двигателя.

         Минимальную скорость передвижения конструкции определяют из условия равномерного движения робота на максимальном подъеме :

,

где – максимальная сила тяги.

         Значение ограничивается сцеплением движителей с дорогой, т.е.:

,

 где – коэффициент сцепления гусениц с дорогой.

         Тогда

При расчете принимаем трудный для условий движения грунт (сухой дерн) с:       = 0,8…1,0 ,

= 0,08…0,1 .

КПД гусеницы вследствие малой скорости движения принимается равным 0,9…0,95 . [1, с. 10]

Данная модернизация позволит использовать бронированного беспилотного боевого робота «Скорпион» практически в любой местности. Снег, грязь, песок теперь ему не страшны т.к. гусеничный движитель уменьшит риски пробуксовки и застревания, обеспечит движение в зданиях или же горах. Также поставленные амортизаторы увеличат дорожный просвет и сделают его более регулируемым.

Список литературы:

  1. Парфенов А.П., Щетинин Ю.С. Тяговый расчет гусеничной транспортно-тяговой машины. Методические указания для выполнения курсовой работы. М.: МГТУ «МАМИ», 2002. – 75с.
  2. Поезжаева Е.В. Концепция развития робототехники: учеб. Пособие Пермь: Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета, 2017. – 440 с.
  3. Патент РФ № 2011133887/11, 12.08.2011 Семенов Д. К. Дистанционно управляемый мобильный робот, видеокамера мобильного робота, звукоприемная система самонаведения мобильного робота, сферическая граната // Патент России № 2473863 С1, 27.01.2013. Бюл. № 3.