ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 2004 года по МПК B62D57/00 

Изобретение относится к мобильным автономным транспортным средствам, способным перемещаться в различных условиях - различного рода грунтах, по плоским поверхностям, внутри труб большого диапазона сечений.

Известно внутритрубное транспортное средство, содержащее корпус и движители с приводом, выполненные в виде тел вращения (колес) (см.патент Франции №2662989, кл. В 62 D 57/028, 1990 [1]).

Недостатком известного устройства является громоздкость конструкции, не позволяющая использовать его в трубах малого сечения, а также возможность его застревания при наличии различного рода препятствий в трубах (например, загрязнений).

Известно внутритрубное транспортное средство, содержащее выполненный в виде полого шара корпус и приспособление для его перемещения (см. описание к патенту РФ №2093282, кл. В 08 В 9/04, 1997 [2]). Недостатком известного устройства является малая полезная нагрузка, обусловленная тем, что оно содержит только один корпус, размер которого должен быть меньше диаметра трубы, по которой оно перемещается. При этом в корпусе размещается и привод транспортного средства.

Известно внутритрубное транспортное средство, содержащее два сочлененных корпуса, каждый из которых снабжен средством фиксации относительно поверхности перемещения. При этом корпуса сочленены с помощью средства их перемещения относительно друг друга, выполненного в виде силового пневмоцилиндра (см. описание к а.с. СССР №1710430, кл. В 62 D 57/02, 1992 [3]).

Недостатком известного устройства является сложность его конструкции, малая скорость перемещения и необходимость в снабжении его воздухом высокого давления.

Наиболее близким к заявляемому по своей сущности является транспортное средство, известное из описания к патенту SU №821281, В 62 D 57/00, 1981 [4]. Известное устройство содержит несколько сочлененных между собой звеньев-корпусов, снабженных средствами их взаимного перемещения вдоль направления движения.

Недостатком известного устройства является то, что смещение звеньев относительно друг друга осуществляется в вертикальной плоскости, что существенно снижает его устойчивость, особенно по пересеченной местности.

Заявляемое в качестве изобретения транспортное средство направлено на повышение его устойчивости при перемещении и упрощение конструкции за счет снижения числа приводных механизмов и устранения необходимости в специальных средствах фиксации корпусов относительно поверхности перемещения.

Указанный результат достигается тем, что транспортное средство содержит минимум шесть звеньев-корпусов, сочлененных между собой с помощью шарниров, при этом четные шарниры, размещенные в плоскости перемещения звеньев-корпусов, снабжены приводами, обеспечивающими угловое смещение звеньев-корпусов относительно друг друга, один из приводов обеспечивает смещение только вправо от продольной оси транспортного средства, а другой - только влево, при этом крайние звенья-корпуса выполнены с равной массой, большей, чем равные массы остальных звеньев-корпусов, причем соответственно массы четных и нечетных шарниров, крайних и остальных звеньев-корпусов выполнены равными, а сумма всех указанных масс больше массы крайнего звена-корпуса.

Указанный результат достигается также тем, что привод шарниров выполнен в виде гофрированной оболочки, соединенной с источником сжатого воздуха, внутри которой установлена возвратная пружина.

Выполнение транспортного средства в виде как минимум шести звеньев-корпусов, сочлененных между собой с помощью шарниров, как минимум два из которых, четные, снабжены приводами, обеспечивающими угловое смещение звеньев относительно друг друга в плоскости его перемещения, обеспечивает его движение вдоль его продольной оси при наличии всего двух механизмов перемещения корпусов. А выполнение крайних звеньев-корпусов с большей массой, чем остальные позволяет, с одной стороны, обеспечить требуемый алгоритм перемещения корпусов, а с другой - отказаться от средств их фиксации относительно поверхности перемещения.

Сущность заявляемого изобретения поясняется примерами его реализации и чертежами.

На фиг.1 показан общий вид сверху транспортного средства в различных фазах движения; на фиг.2 - корпуса в разрезе, в которых размещены приводы перемещения; на фиг.3 - общий вид шарнира, снабженного приводом; на фиг.4 -циклограмма, поясняющая принцип перемещения транспортного средства.

Транспортное средство содержит как минимум шесть сочлененных звеньев-корпусов 1, 2, 3, 4, 5, 6 с помощью шарниров различных конструкций, которые как и приводы их перемещения могут быть выбраны из числа известных, исходя из требований, предъявляемых к ним.

В частности в четных сочленениях между звеньями 2 и 3 и между звеньями 4 и 5 установлены шарнирные узлы 7 с приводами их перемещения, обеспечивающими их угловое смещение относительно друг друга. При этом один из приводов, любой, должен обеспечивать угловое смещение корпусов так, что при этом само сочленение и соединенные им корпуса смещаются только вправо от продольной оси транспортного средства (и соответственно направления движения), а другой обеспечивает смещение только влево.

Предлагаемое транспортное средство в силу своей симметричности (шесть корпусов, в четных сочленениях приводы, крайние звенья с большей массой) не имеет головной или хвостовой части. Направление же перемещения транспортного средства в целом зависит только от последовательности включения приводов шарниров. Между звеньями 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6 установлены шарнирные узлы 8, которые обеспечивают угловое смещение соединенных с их помощью звеньев как вправо, так и влево.

Приводы перемещения шарниров могут быть выбраны из числа известных. Например, учитывая указанную выше специфику их перемещения, это могут быть силовые цилиндры, приближающие соседние корпуса друг к другу, либо зубчатые механизмы с электродвигателями и т.п. Наиболее предпочтительным представляется выполнить привод в следующем виде. Два электродвигателя с редуктором 9 расположены в звеньях 1 и 6. Выходной вал 10 от редуктора имеет винтовую нарезку; на конце вала находится цилиндрический поршень 11. Поршень расположен в корпусе 12. Вал 10, на котором закреплен поршень, через отверстие 13 с винтовой нарезкой соединен с корпусом 12. Корпус 12 на внешней цилиндрической стороне имеет одну или две продольные прорези 14, а на внутренней стороне звеньев 1 и 6 имеются один или два продольных выступа 15, благодаря которым корпус передвигается вдоль оси транспортного средства без вращения по оси при "ввинчивании" в него со стороны торца вала 10. При движении корпуса относительно него двигается поршень 14.

На противоположном торце корпуса 12 выполнено отверстие 16, через которое с помощью воздуховода 17 внутренняя часть корпуса соединяется с внутренней полостью шарнирных узлов 7, обеспечивающих изгиб транспортного средства. Центром изгиба служат шарниры 18. Схематично шарнирные узлы 7 изображены на фиг.3 (а, b): (а) - спокойное состояние шарнирного узла 7, (b) - внутренняя полость шарнирных узлов 7 наполнена сжатым воздухом через отверстие 19 из воздуховода 17 - в состоянии изгиба с центром в шарнире 18. Шарнирные узлы 7 выполнены в виде сильфона 20, например, изготовленного из нейлона (материал не должен растягиваться): 21 - пружина, 22 - крепление пружины. В момент, когда шарнирные узлы 7 наполняются сжатым воздухом и изгибаются, необходимо, чтобы смежные с ними звенья 2 и 5 для реализации движения транспортного средства также располагались под углом относительно звеньев 1 и 6. Это условие обеспечивается шарнирными узлами 8. Для надежной работы воздуховода 17 в момент изгиба и возвращения в исходное положение предусмотрена пружина 23. Для электропитания электродвигателей 9 и систем управления 24 в звеньях 1 и 6 устанавливаются источники питания 25, а в звеньях, например, 2 и 5 - различные миниатюрные мини-электронные системы.

Прежде чем пояснить принцип движения предлагаемого транспортного средства, необходимо показать основные условия, обеспечивающие движение. Основные условия - разница масс звеньев и узлов различного назначения (фиг.4 (а, b, с, d). Предусмотренное конструкцией сочетание различных масс узлов и звеньев, обеспечивающих движение, влияет соответствующим образом на коэффициент трения между ними и поверхностью, по которой продвигается транспортное средство. Для удобства рассмотрения будем считать, что транспортное средство состоит из следующих одиннадцати звеньев: 1, 2, 3, 4, 5, 6 - корпуса; 7 - шарниры с приводами (два); 8 - шарниры без приводов (три). Массу каждого звена обозначим m_n, где n - номер звена из перечисленных выше. Итак, m₁=m₆; m₂=m₃=m₄=m₅. Причем m₁=m₆>>m₂, m₃, m₄, m₅, m₇ и m₈. Точное значение масс различных звеньев и узлов определяется экспериментальным путем в зависимости от свойств поверхности продвижения транспортного средства.

Транспортное средство передвигается следующим образом (фиг.4 (a, b, c, d)), например слева направо. Шарнирный узел 7 между звеньями 2 и 3 заполняется сжатым воздухом и происходит изгиб транспортного средства в шарнирном звене 7. Так как звенья 8 шарнирные, то происходит изгиб и между звеньями 1-2 и 3-4. Поскольку m₁ < m₄+ m₅+ m₆ + m₇ + m₈, то звено 1 продвигается направо на величину "/".

Далее сжатым воздухом заполняется шарнирный узел 7 между звеньями 4 и 5 и изгибается. Одновременно происходит выпуск воздуха из шарнирного звена 7 между звеньями 1 и 2. На этом этапе звенья 1 и 6 остаются без движения, а транспортное средство из положения, обозначенное на фиг.4 (b), переходит в положение, обозначенное на фиг.4 (с). Далее воздух выпускается из шарнирного узла 7 между звеньями 4, 5 и под воздействием упругих свойств данного узла (пружина 21, фиг.3) и соответствующего сочетания масс звено 6 продвигается вперед на величину "/". Транспортное средство занимает положение, изображенное на фиг.4 (d). На фиг.4 (b) тонкими линиями, обозначениями углов б, б' и звеньев, узлов 2', 3'... 4', 4"... и т.д. приводится пояснение перемещения ТС из положения (а) в положение (с). Далее цикл повторяется.

Изобретение относится к мобильным автономным транспортным средствам, способным перемещаться в различных условиях - различного рода грунтах, по плоским поверхностям, внутри труб большого диапазона сечений. Транспортное средство содержит как минимум шесть звеньев-корпусов, сочлененных между собой с помощью шарниров, как минимум два из которых, четные, снабжены приводами, обеспечивающими угловое смещение звеньев относительно друг друга в плоскости его перемещения, один из приводов обеспечивает смещение только вправо от продольной оси транспортного средства, а другой - только влево, причем четные и нечетные шарниры выполнены с соответственно равной массой, а крайние звенья-корпуса выполнены с равной массой, большей, чем каждая из равных масс остальных звеньев-корпусов. Привод шарниров выполнен в виде гофрированной оболочки, соединенной с источником сжатого воздуха, внутри которой установлена возвратная пружина, а звенья-корпуса соединены шарниром, размещенным в плоскости перемещения по одной из сторон корпусов. Технический результат - упрощение конструкции за счет снижения числа приводных механизмов и устранения необходимости в специальных средствах фиксации корпусов относительно поверхности перемещения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Транспортное средство, содержащее минимум шесть звеньев-корпусов, сочлененных между собой с помощью шарниров, отличающееся тем, что четные шарниры снабжены приводами, обеспечивающими угловое смещение звеньев-корпусов относительно друг друга в плоскости перемещения транспортного средства, при этом один из приводов обеспечивает смещение только вправо от продольной оси транспортного средства, а другой - только влево, причем четные и нечетные шарниры выполнены с соответственно равной массой, а крайние звенья-корпуса выполнены с равной массой, большей, чем каждая из равных масс остальных звеньев-корпусов.2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что привод шарниров выполнен в виде гофрированной оболочки, соединенной с источником сжатого воздуха, внутри которой установлена возвратная пружина, а звенья-корпуса соединены шарниром, размещенным в плоскости перемещения по одной из сторон корпусов.