Материали за VIII международна научна практична конференция 

 
30 

  

Рисунок 2. Графики подстройки постоянных времени T1 (а) и T2 (б) 
 
Литература: 
1. Ивель В.П., Герасимова Ю.В. Моделирование системы стабилизации 
глубины погружения подводного аппарата // Матер. республик. науч.-практ. 
конфер. Петропавловск, 2006. – т. №1. – С. 72-76.

2. Кику А.Г., Костюк В.И., Краскевич В.Е. и др. Адаптивные системы 
идентификации. – Киев: техника, 1975. – 288 с. 
*118609* 

 
 
Алюков C.В. 
 
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ДИНАМИЧЕСКИ 
СТАБИЛИЗИРУЕМЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ  
НА ОСНОВЕ СФЕРИЧЕСКОГО КОЛЕСА 
 
Вопросы, связанные с созданием мобильных роботов неизменно привле-
кают внимание исследователей и ученых в силу своей актуальности [1,2]. Мно-
гоколесные робототехнические системы являются статически стабилизируе-
мыми, но обладают существенными недостатками: для устойчивого положения 
таких роботов требуется низкое расположение центра тяжести, достаточно 
большая площадь опорной проекции. Движение таких роботов в заданном на-
правлении требует их предварительной ориентации. При опрокидывании таких 
роботов система практически теряет свою работоспособность. 
Для устранения этих недостатков в последнее время разработаны конст-
рукции мобильных роботов лишь с одним сферическим колесом. Схема одной 
из таких конструкций [3] представлена на рис. 1. Тело робота представляет со-
бой цилиндр высотой 1,5 м и диаметром 400 мм. Вес цилиндра составляет 45 
кг. Цилиндр установлен на сферическом вращающемся колесе.  

«Образованието и науката на XXI век – 2012» • Том 48. Технологии 

 
31

Конструкция разработана так, чтобы робот был быть полностью автономным. 
Питание обеспечивается 48 вольтовым свинцово-кислотным аккумулятором, кото-
рый обеспечивает работоспособность конструкции в течение нескольких часов. Вы-
числительные операции производятся бортовым компьютером Pentium 200. Управ-
ление роботом осуществляется с помощью беспроводной связи. Инерционные дат-
чики посылают сигнал через гироскопические усилители на приводные двигатели, 
которые с помощью фрикционной трансмиссии вращают сферическое колесо. 
Фрикционная трансмиссия изображена на рис. 2 и содержит серводвигатели 1, 
натяжное устройство 2, приводной ремень 3, приводные ролики 4, выполненные из 
нержавеющей стали, оси которых расположены по экватору сферического колеса, 
подпружиненные ведомые ролики 5, датчики ведомых роликов 6, датчики моторов 
7, поддерживающие роликовые опоры 8 и само сферическое колесо 9.  
  

 
Рис.1. Конструкция и практическая реализация робота  
с одним сферическим колесом: (а) с тремя развернутыми опорами;  
(b) в положении со сложенными опорами; (с) в рабочем положении  
динамического баланса 
 
 

Материали за VIII международна научна практична конференция 

 
32 

 
Рис. 2 Фрикционный привод робота 
 
Такая конструкция фрикционного привода является громоздкой, так как вклю-
чает в себя четыре ролика (два ведущих и два ведомых) и три роликовые опоры, 
причем ролики должны быть подпружинены для обеспечения надежного фрикцион-
ного контакта, что требует дополнительных подпружинивающих устройств.  
В данной работе предлагается новая конструкция фрикционного привода, позво-
ляющая значительно упростить конструкцию робота, снизить его материалоемкость и 
габариты. Предложение заключается в том, чтобы использовать в приводе сфериче-
ского колеса только три ролика, но расположить их по сторонам равностороннего тре-
угольника, причем диаметр вписанной в этот треугольник окружности должен быть 
несколько меньше (примерно на 5-10%) диаметра сферического колеса. 
На рис. 3 изображена схема предложенного привода. Здесь 1 ─ цилиндри-
ческое тело робота, 2 ─ приводные ролики, 3 ─ сферическое колесо. 

 
Рис. 3. Схема предложенного фрикционного привода 

«Образованието и науката на XXI век – 2012» • Том 48. Технологии 

 
33

Такая конструкция позволит установить цилиндрическое тело робота не-
посредственно на сферическое колесо. При этом роль поддерживающих роли-
ковых опор будут выполнять приводные ролики. Контакт сферического колеса 
с приводными роликами в трех точках гарантирует прижатие каждого из этих 
роликов под действием веса цилиндрического тела робота к поверхности сфе-
рического колеса, обеспечивая надежный фрикционный контакт приводных ро-
ликов и колеса. Отпадает необходимость пружинных прижимных устройств. 
Все это позволяет значительно снизить материалоемкость робота, его габариты. 
Расположение приводных роликов по сторонам равностороннего тре-
угольника, а не в перпендикулярных плоскостях, как в существующих конст-
рукциях, не ухудшает стабилизирующих свойств конструкции, так как для об-
разования базиса условие ортогональности векторов не является необходимым. 
В предложенном варианте конструкции фрикционного привода робота векторы, 
направленные по осям приводных роликов, не коллинеарные, следовательно, 
они образуют базис в соответствующем линейном пространстве.  
  
Литература: 
1. H. G. Nguyen, J. Morrell, K. Mullens, A. Burmeister, S. Miles, N. Farrington, 
K. Thomas, and D. Gage. Segway robotic mobility platform. In SPIE Proc. 5609: 
Mobile Robots XVII, Philadelphia, PA, October 2004. 
2. T. B. Lauwers, G. A. Kantor, and R. L. Hollis. A dynamically stable single-
heeled mobile robot with inverse mouse-ball drive. In Proc.Int’l. Conf. on Robotics 
and Automation, Orlando, FL, May 15-19, 2006. 
3. Tom Lauwers, George Kantor, and Ralph Hollis. One is enough! In Proc. 
Int’l. Symp. for Robotics Research, San Francisco, October 12-15, 2005. Int’l. Foun-
dation for Robotics Research.