Шагающее устройство Советский патент 1983 года по МПК B62D57/02 

Изобретение относится к шагающим транспортным средствам, а именно к аппаратам, передвигающимся на двух опорах.

Известен шагающий робот, содержащий корпус с двумя опорами, имитирующими движение ног человека, приводы шагания и механизм стабилизации корпуса 1.

Недостатками известного робота являются сложность конструкции, трудности в построении систем управления, обеспечивающих их приемлемые динамические характеристики и устойчивость, а также малая надежность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является шагающее устройство, содержащее корпус с механизмом его стабилизации и две расположенные одна напротив другой опоры, каждая из которых снабжена механизмом ее подъема и приводом поворота корпуса, причем механизм стабилизации корпуса выполнен в виде груза, перемещающегося вдоль корпуса к одной или к другой его опоре 2.

Недостатками данного устройства являются малая скорость поступательного перемещения, которая обусловлена необходимостью перенесения центра тяжести устройства на одну или другую опору перед каждым шагом, что связано с необходимостью попеременного передвижения груза за пределы левой и правой опор, а также недостаточная поперечная устойчивость, завнсящая только от площади опор.

Цель изобретения - повыщение скорости поступательного движения и поперечной устойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что в шагающем устройстве, содержащем корпус с-механизмом его стабилизации и две расположенные одна напротив другой опоры, каждая из которых снабжена механизмом ее подъема и приводом поворота корпуса, механиз / стабилизации состоит из установленного в корпусе маховика, ось вращения которого расположена горизонтально и параллельно вертикальной плоскости, проходящей через опоры, и датчика горизопта, через который двигатели каждого привода поворота корпуса подключены к источнику питания.

На чертеже показана кинематическая схема предлагаемого устройства.

Шагающее устройство в поперечной плоскости к направлению птоступательного движейия содержит две идентичные опоры, каждая из которых включает в себя основание 1, редуктор 2, двигатель 3, образующие механизм поворота устройства относительно опоры. Двигатель 3 закреплен на стержнегайке 4, входящей в направляющую 5. В зацеплении со стержнем-гайкой 4 входит ходовой винт 6, который через редуктор 7

связан с валом двигателя 8. Стержень-гайка 4,направляющая 5, ходовой винт 6, редуктор 7 и двигатель 8 образуют механизм подъема опоры. Опора в целом цилиндрическим щарниром 9 соединена с корпусом 10. Для ограничения поворота опоры установлен упор 11. На корпусе установлены маховик 12, вал которого соединен с валом машины 13 постоянного тока, а также устройство контроля горизонтального положения

0 корпуса с датчиком 14 горизонта и блок 15 управления.

В качестве маховика 12 наиболее целесообразно использовать супермаховик, который допускает вращение с более высокими

скоростями и практически безопасен в процессе эксплуатации. В этом случае маховик одновременно используется как накопитель энергии. При этом после раскрутки маховика от внещнего источника энергии, он отключается, а часть энергии, запасенная маховиком, расходуется на вращение ротора машины 13 постоянного тока, которая в силу обратимости начинает работать как генератор постоянного тока, питая двигатели, чем обеспечивается автономность щагающего устройства.

Устройство работает следующим образом. .Процесс поступательного движения происходит следующим образом.

В исходном положении опоры находятся в соприкосновении с поверхностью 16 внешней среды и устройство находится в статическом равновесии. При этом поперечная устойчивЬсть обеспечивается размещением центра масс системы между основаниями, а продольная - выбором размещения центра масс по высоте и необходимой площадью основаНИИ. Далее на мащину 13 постоянного тока от внешнего источника питания подается напряжеаие. Вэтом случае мащина 13 работает как электрический двигатель постоянного тока и обеспечивает раскрутку маховика 12

0 до необходимой скорости вращения. Одновременно напряжение питания подается и на блок 15 управления. После раскрутки маховика от блока 15 управления поступает команда- на включение двигателя 8 правой опоры и двигателя 3 левой опоры. Двигатель 8 правой опоры через редуктор 7 вращает ходовой винт 6. Стержень-гайка 4 в направляющей 5 перемещается вверх и поднимает основание 1 через связанные с ним редуктор 2 и двигатель 3. После подъема основания на заданную высоту поступает

команда на отключение двигателя 8 и опора фиксируется в поднятом положении. В результате подъема правой опоры исключается контактирование основания 1с поверхностью 16 внешней среды. Это вызывает

5 появление неуравновешенного момента внешних сил от веса системы по отношению к оси цилиндрического шарнира 9. В то же время маховик 12 получает три степени свободы и, таким образом, обладает свойствами гироскопической системы. Здесь первой степенью свободы является ось вращения маховика 12, второй - ось цилиндрического шарнира 9, третьей - ось вращения основания левой опоры. В результате воздействия внешнего момента сил и наличия кинетического момента маховика получается прецессионное движение, направление которого стремится совместить по кратчайшему пути вектор кинетического момента с вектором момента внешних сил, т.е. движение оси маховика происходит не по направлению действующей силы, а перпендикулярно к ней, и система с угловой скоростью прецессии поворачивается в подщипниках редуктора 2 левой опоры при работающем двиг ателе 3 левой опоры в направлении за чертеж. Угловая скорость прецессии пропорциональна приложенному моменту внешних сил и обратно пропорциональна кинетическому моменту маховика. Подшипники редуктора имеют трение, что вызывает появление мента внешних сил и по отношению к оси вращения опоры. Согласно правилу прецессии появляется движение корпуса 10 и по отнощению к оси шарнирного соединения 9 левой опоры. В результате корпус заваливается вниз. При-этом, если скорость подъема опоры меньще скорости опускания, движение корпуса невозможно, так как основание 1 не выходит из соприкосновения с поверхностью 16 внешней среды. Для исключения завала корпуса включается двигатель 3, который обеспечивает вращение в направлеНИИ разгрузки момента трения, а также создает дополнительный силовой момент для обеспечения тяговых усилий. Управление двигателем 3 происходит автоматически через датчик 14 горизонта. Управление происходит следующим обраПри отклонении корпуса вниз от плоскости горизонта датчик 14 вырабатывает команду на включение двигателя 3. Вращение двигателя происходит в направлении разгрузки моментов сил трения при вращении основания 1. Скорость вращения основания 1 от двигателя 3 выбирается больше скорости прецессии системы, в результате чего возникает момент, поворачивающий корпус Го с подъемом опоры вверх. После отклонения поперечной оси корпуса вверх от горизонтальной плоскости датчик.вырабатывает команду на отключение двигателя 3. Далее поворот системы происходит только под действием прецессии. При дальнейшем отклонении поперечной оси корпуса вниз от горизонтальной плоскости процесс управление момента внешних сил по отношению к буемого угла поворота относительно основания 1 от блока 15 управления поступает команда на отключение двигателя 3 и на включение двигателя 8 для врашения в обратном направлении. Тогда стержень-гайка 4, связанная с валом двигателя 8, через редуктор 7 и ходовой винт 6 опускается в направляюЩ й 5 вниз. Соответственно опускается вниз и основание 1, связанное со стержнем-гайкой через корпус двигателя 3 и редуктор 2. Опускание происходит до соприкосновения основания 1 с поверхностью 16 внешней среды, после чего с двигателя 8 команда на вращение снимается. При соприкосновении основания 1 с поверхностью 16 внешней среды момент внешних сил снимается и прецессия прекращается. В результате выполнения описанных операций центр масс устройства перемещается в горизонтальной плоскости на определенное расстояние, а сформированный цикл характеризует шаг первой опоры. Аналогично происходит формирование шага второй опоры, Применение предлагае.мого изобретения позволяет резко сократить потери времени на операции стабилизации корпуса и тем самым увеличить скорость поступательного движения, увеличить продольную устойчивость, обеспечить высокие динамические характеристики и автономность движения.

ШАГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус с механизмом его стабиW KJ 00 ел 01 лизации и две расположенные одна напротив другой опоры, каждая из которых снабжена механизмом ее подъема и приводом поворота корпуса, отличающееся тем, что, с целью повышения скорости поступательного движения и поперечной устойчивости, механизм стабилизации состоит из установленного в корпусе махови-ка, ось вращения которого расположена горизонтально и параллельно вертикальной плоскости, проходящей через опоры, и датчика горизонта, через который двигатели каждого привода поворота корпуса подключены к источнику питания.