Układ mechaniczny do wyznaczania sił i momentów sił przenoszonych przez koło jezdne robota mobilnego podczas jego ruchu

STRESZCZENIE: Praca dotyczy układu mechanicznego do wyznaczania sił i momentów sił przenoszonych przez koło jezdne robota mobilnego podczas jego ruchu. Na początku zwrócono uwagę na znaczenie znajomości sił i momentów sił działających na koło jezdne pojazdu. Wiedza taka może być przydatna na etapie projektowania i optymalizacji konstrukcji mechanicznej pojazdu, a także może być podstawą do opracowywania modeli opon, które są stosowane m.in. do symulacji dynamiki pojazdów. Następnie opisano szczegółowo ideę rozwiązania umożliwiającego wyznaczanie sił i momentów sił przenoszonych przez koło jezdne robota. Przedstawiono praktyczną realizację proponowanego układu opracowaną dla robota czterokołowego z niekierowanymi kołami jezdnymi. Opracowane rozwiązanie wykorzystuje pomiar sił przenoszonych przez czujniki nacisku zamontowane w okolicy łożysk umieszczonych na osi każdego koła jezdnego. Na koniec omówiono metodykę wyznaczania sił i momentów sił działających na koło jezdne, która bierze pod uwagę ruch pojazdu i właściwości zespołu napędowego.

SŁOWA KLUCZOWE: mobilny robot kołowy, pomiar sił i momentów sił, czujnik siły.

ABSTRACT: The paper concerns a mechanical system for determination of forces and torques transmitted by a wheel of mobile robot during its motion. At the beginning the importance of knowledge of the forces and torques acting on a wheel of the vehicle was highlighted. Such knowledge may be useful during the design and optimization of construction of a vehicle and also can be the basis for the development of the tire models which are used among others for the simulation of vehicle dynamics. Next, the concept of a solution enabling determination of forces and torques transmitted by the wheel of robot was described in detail. Then, an implementation of the proposed system in the four-wheeled mobile robot with non-steered wheels is presented. The developed solution is based on measurement of the forces transmitted by the force sensors located near bearings, which are mounted on the axle of each wheel. Finally, the methodology of determination of forces and torques acting on a wheel, which takes into account motion of the vehicle and characteristics of the drive unit is discussed.

KEYWORDS: wheeled mobile robot, force and torques measurement, force sensor.

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

1. Kajder Ł.: Opracowanie układu do pomiaru sił przenoszonych przez oś jezdną robota mobilnego, praca dyplomowa inżynierska realizowana przy współpracy z PIAP, promotor: Szewczyk R., konsultant w PIAP: Trojnacki M., Politechnika Warszawska, Warszawa, 2014.
2. Pacejka H.B.: Tire and Vehicle Dynamics. 2nd Edition, SAE International and Elsevier, 2005.
3. Trojnacki M.: Determination of Forces and Torques Transmitted by the Wheel of a Mobile Robot during Motion, artykuł zgłoszony na konferencję Mechatronics: Ideas for Industrial Applications, 11-13.05.2015.
4. Trojnacki M.: Modelowanie dynamiki mobilnych robotów kołowych, Oficyna Wydawnicza PIAP, Warszawa, 2013.
5. Trojnacki M., Dąbek P.: Determination of Motion Parameters with Inertial Measurement Units. Part 2: Algorithm Verification with a Four-Wheeled Mobile Robot and Low-Cost MEMS Sensors, Mechatronics: Ideas for Industrial Applications, Series: “Advances in Intelligent Systems and Computing”, Springer International Publishing, 2015, 253-267.
6. Trojnacki M., Kajder Ł., Zboiński M.: Urządzenie do pomiaru sił i momentów sił przenoszonych przez koło jezdne pojazdu, Zgłoszenie patentowe nr P.406966, 27.01.2014.
7. Wong J.Y.: Theory of Ground Vehicles. 3rd Edition ed, 2001, Wiley-Interscience.
8. FlexiForce A201 Sensor | Tekscan, 31.02.2015, https://www.tekscan.com/products-solutions/force-sensors/a201.
9. Vehicle onboard measuring sysytem, Tokyo Sokki Kenkyujo Co., Ltd., 19.02.2015, http://www.pcb.com/auto/MultiAxis_Wheel_Force_Transducer.aspx.
10. Multi-Axis Wheel Force Transducer for Automotive Road Load Data Measurement Applications, PCB® Piezotronics, 19.02.2015, http://www.tml.jp/e/product/automotive_ins/automotive_ins_sub/automobile.html.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.7.308