Convertible Wheel/Track Design for Robots

Bozkurt T., Çetinsoy E.

Global Conference on Engineering Research, İstanbul, Türkiye, 13 - 16 Eylül 2023, ss.1-2

  • Yayın Türü: Bildiri / Özet Bildiri
  • Basıldığı Şehir: İstanbul
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sayfa Sayıları: ss.1-2
  • Marmara Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

Fabrikalarda malzeme, askeri alanda mühimmat ve yaralı askerler alanlarında hem saha hem de yol koşullarında ilerleyebilen, ameliyat sonrası bedensel engelli ve hastaların mobilizasyonu, yaralıların taşınması, arama kurtarma operasyonlarında ölü ve malzeme taramaları ve bölgesel tarama görevleri için otonom ve yarı otonom robotların kullanılması günümüzde yaygınlaşma potansiyeline sahiptir. Bu robotlar yol şartlarına göre tekerlekli veya paletli olarak tercih edilmektedir. Palet ağır arazi koşullarında kayma ve batmaya karşı güvenlik sağlasa da yüksek enerji tüketimine neden olur. Tekerlek hızlı yolculuk ve düşük enerji tüketimi sunsa da sert zemin dışında iyi ilerleyemez. Palet ve tekerleği birleştiren hibrit tahrik sistemi tasarımları, hedeflenen tüm koşullar altında en etkin seyiri sunma potansiyeli taşıma bakımından önemli bir araştırma konusudur. Bu proje kapsamında mobil robotlarda kullanılabilecek bir palet/tekerlek hibrit tahrik sistemi geliştirilmiştir. Önerilen bu sistem 4 çeyrek dairenin uç uca eklemlerle birleştirilmesiyle oluşturulmuştur. Bu 4 çeyreklik birleşim yerlerinden kırılıp düzleştirildiğinde palete, en açık hale geldiğinde ise tekerleğe dönüşür.

Robot gövdesinden çıkan tahrik mili sistemin merkezinde bulunan güneş dişlisini döndürür. Mekanizma palet modunda iken, güneş dişlisi kendisine sürekli kenetli durumdaki 4 adet dişli çarkı döndürerek bandın ilerlemesini sağlar. Bu bant palet olarak görev yapar, hareketi yere aktarır. Mekanizma tekerlek modundayken, gergi çarklarını taşıyan ve üzerinde güneş dişlisinin karşılığı olarak dişler bulunan çerçeve güneş dişlisine kenetlenir. Bu sayede tam daire olmuş açık 4 çeyrek güneş dişlisi ile birlikte dönmeye başlar. Bu durumda, bant yüzeye sabit bir kaplama görevi görür, tekerleğin lastik dış yüzünü oluşturur. Bu tasarımda literatürdeki çoğu örnekte görülen ve dayanıklılığı büyük ölçüde azaltan deforme olabilen (uzayan veya kısalan) bir kayışa gerek olmadığı için ömür ve güvenilirlik artmıştır.

4 çeyreğin kırılarak düzleşmesi ile açık durum arasındaki geçiş, robot gövdesi üzerine monte edilmiş motordan çekme kuvvetini alan ve hava araçlarındaki pervane hatvesi değiştirme mekanizmasıyla aynı tasarıma sahip olan tel çekme mekanizması ile sağlanmaktadır. Tekerlek/palet mekanizması tekerlek modunda olduğu sürece, 4 çeyreğin ezilmeden açık kalması için telin üzerinde gerilim olması gerekir. Palet moduna geçiş için sistem katlanmanın gerçekleşebileceği açısal konuma getirilir ve telin üstündeki gerilim boşaltılır. Böylece sistemin üzerindeki yükün baskısıyla katlanma gerçekleşir, palet ayak moduna geçilir. Tekerlekli ve paletli modda bandın yuvasından çıkmaması için çeyrek dairelerin arasına destek kanalları eklenmiştir, tüm dişlilerin ortasında yarık bulundurulmuş ve enleme yönüne orta hizasına silikon hortumdan bir çıkıntı olan özel bir bant geliştirilmiş ve üretilmiştir.

The use of autonomous and semi-autonomous robots that can move forward in both field and road conditions in the fields of materials in factories, ammunition and wounded soldiers in the military field, mobilization of the physically disabled and patients after surgery, transportation of wounded, dead and material in search and rescue operations, and regional scanning has the potential to become widespread today. These robots are preferred as wheeled or palletized according to the road conditions. Although the pallet provides safety against skidding and sinking in heavy terrain conditions, it causes high energy consumption. Although the wheel offers fast travel and low energy consumption, it cannot progress well except on hard ground. Hybrid drive system designs that combine pallet and wheel are a research subject to offer the most effective cruising under all targeted conditions. Within the scope of this project, a mechanism has been developed for a mobile robot using a pallet/wheel hybrid propulsion system. The robot has a hybrid drive system that transforms into a wheel when traveling on hard ground, and a pallet when climbing stairs and rough terrain. This proposed system is formed by connecting 4 quadrants with joints. When these 4 quadrants are broken from their joints and flattened, it turns into a pallet, and when it becomes the most open without breaking, it turns into a wheel.

The drive shaft coming from the robot body turns the sun gear in the center of the system. When the mechanism is in pallet mode, the sun gear turns the 4 gear wheels that are constantly clamped to it, and these 4 gear wheels ensure the progress of the belt. Support channels have been added between the quarter circles so that the belt does not come out of the belt slot in wheel and pallet mode.

The transition between the flattening of the 4 quadrants by breaking and their open state is provided by the wire drawing mechanism, which receives the pulling force from a DC motor mounted on the robot body and consists of joints. As long as the wheel/pallet mechanism is in wheel mode, the wire must have a pulling force on it and thus be taut. If the mechanism is in pallet mode, the wire does not need to be stretched.

When the mechanism is in pallet mode, the belt running on the surface of the 4 quadrants. The belt acts as a fixed coating to the surface when in wheel mode. In this design, there is no need for a deformable (extending or shortening) belt, which is seen in most examples in the literature and greatly reduces durability. In this way, this design is a candidate to be longer lasting and reliable.

By pulling the wire connected to the right and left ends of the wire drawing mechanism by the DC motor located in the center, the transition from the pallet mode to the wheel mode is ensured. The frame, which carries the tension wheels and has teeth on it as the counterpart of the sun gear, is clamped to the sun gear by passing its teeth. In this way, the entire wheel started to rotate together with the sun gear.