Шасси rocker-bogie

Анимация движения шасси. Здесь ошибка — неверно показано положение корпуса.

Механизм rocker-bogie — один из видов подвески без упругого элемента, разработанная в 1988 году для использования в марсоходах NASA, наиболее часто используемый тип подвески в планетоходах. Среди них марсоходы — Spirit, Opportunity, Curiosity, Perseverance. Шасси может преодолевать крупные препятствия путём поочерёдного поднятия трёх пар колёс.

Исходный перевод с англ. — «Качающаяся тележка» или «Коромысло-тележка» однако такой вариант не прижился в русском языке, поэтому принято использовать англоязычный вариант.

Система состоит из двух симметричных пар, расположенных по разные стороны корпуса, в каждой по две рабочие части — rocker(«коромысло») и bogie(«тележка»). Так как пары взаимно независимы, шасси может преодолевать разные препятствия на правой и левой частях одновременно, что позволяет сохранять постоянный контакт всех колёс с поверхностью.

Первая, как правило задняя часть подвески — rocker. Она является несущей, она предохраняет механизм от опрокидывания назад, соединяет правую и левую часть механизма через дифференциал.

Дифференциал позволяет правой и левой части оставаться независимыми, он придавливает одну из частей к поверхности земли, когда другая преодолевает препятствие, он позволяет корпусу находиться в среднем положении.

Bogie — это меньшая часть механизма. Имеет по два колеса на каждом конце. Он использует принцип рычага для подъёма переднего колеса. Примерно 60 % нагрузки приходится на этот элемент. Он может быть реализован в двух вариациях — прямо-угловой и косвенно-угловой.

Вверху — прямо-угловой вариант bogie, снизу косвенно-угловой.

В прямо-угловом варианте только один угол, центр тяжести расположен по центру, поэтому такая конструкция имеет более низкую проходимость на участках с большим углов наклона поверхности. Этот недостаток может быть частично компенсирован путём увеличения угла(110° — 160° вместо 90°).

В косвенно-угловом варианте имеется промежуточный элемент и 2 угла. Такая конструкция позволяет использовать рычаг поднимающий переднее колесо, используя вес корпуса для воздействия на рычаг. В таком варианте около 70 % нагрузки приходящейся на bogie идёт на заднее его колесо, и лишь 30 % на переднее.

В большинстве случаев bogie выступает в качестве передней части, однако на таких роверах как MER и MSL он приходится на заднюю часть.

Конструкция

Конструкция качающейся тележки является неподрессоренной и использует раздельные, а не общие оси, что позволяет роверу преодолевать препятствия (например, камни) удерживая все шесть колес на земле. Конструкция позволяет преодолевать препятствия которые превышают диаметр колеса в два раза. Марсоход Curiosity миссии Mars Science Laboratory может выдерживать наклон не менее 45 градусов в любом направлении без опрокидывания, но автоматические датчики ограничивают наклоны марсохода более чем на 30 градусов. Шасси такого типа предназначены для использования на низкой скорости — около 10 сантиметров в секунду(0,36 км/ч) чтобы свести к минимуму динамические удары и последующие повреждения транспортного средства при преодолении значительных препятствий.

Лаборатория реактивного движения утверждает, что эта система качающейся тележки уменьшает движение основного корпуса транспортного средства более чем на 50 % по сравнению с другими системами подвески. Каждое из шести колес марсохода имеет независимый двигатель, однако для работы можно обойтись и лишь приводом на 4 передних колёсах. Два передних и два задних колеса оснащены индивидуальными рулевыми двигателями, которые позволяют роверу поворачиваться на месте.

Чтобы преодолеть вертикальное препятствие, передние колеса прижимаются к препятствию за счёт оказываемого центральными и задними колесами давлением. Вращение переднего колеса и воздействие на рычаг bogie помогает поднять передние колёса на препятствие. Затем среднее колесо прижимается к препятствию, и затаскиваются на верх вращением передних колёс и давлением задних. Наконец, задние колеса затаскиваются на препятствие передними и центральными колёсами.

В настоящее время такой механизм используется на некоторых вездеходах, планетоходах, малогабаритных роботах и будущем может быть использован как средство передвижения по другим планетам.

См. также

• iBOT
• Уипплетри (механизм)

Литература

1. US 4840394, Donald B. Bickler, «Articulated suspension system», published 1988-04-21, issued 1989-06-20, assigned to NASA
2. «NASA Patent Abstracts Bibliography, Section 1. Abstracts» (PDF). ARTICULATED SUSPENSION SYSTEM. June 1990. p. 19.
3. Bickler, Donald (April 1998). «Roving over Mars». Mechanical Engineering. pp. 74-77. Archived from the original on 2008-10-22.
4. Miller, David P.; Lee, Tze-Liang (March 17-21, 2002). «High-speed traversal of rough terrain using a rocker-bogie mobility system» (PDF). Proceedings of Space 2002: The Eighth International Conference and exposition on engineering, construction, operations, and business in space, and proceedings of Robotics 2002: the Fifth International conference and exposition/demonstration on robotics for challenging situations and environments. Space 2002 and Robotics 2002. Albuquerque, NM. ISBN 0-7844-0625-1.
5. «Rover Wheels». Mars Exploration Rovers: Mission. NASA. Retrieved 29 March 2019.
6. «Wheels and Legs». Mars Science Laboratory: Curiosity Rover. NASA. Retrieved 29 March 2019.
7. «Rover Wheels». Mars 2020 Mission. NASA. Retrieved 29 March 2019.
8. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wiki1Rocker-bogie_mechanism_animation.gif Reina, Giulio (2013). «On the Mobility of All-terrain Rovers». Industrial Robot: 12. doi:10.1108/01439911311297720.
9. Makovsky, Andre; Ilott, Peter; Taylor, Jim (November 2009). «Mars Science Laboratory Telecommunications System Design» (PDF). Pasadena, California: Jet Propulsion Laboratory. Retrieved 2012-08-07. Gross, Michael A.; Cardell, Greg (June 6, 2011). An overview of NASA’s Mars Science Laboratory (PDF). 9th European Space Power Conference (ESPC). Sainta Raphael, France.
10. https://www.jpl.nasa.gov. «An Algorithm Helps Protect Mars Curiosity’s Wheels». NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL). Retrieved 2022-02-16