ШАГАЮЩАЯ МАШИНА И СПОСОБ ЕЕ ШАГАНИЯ
WALKING MACHINE AND METHOD OF ITS WALKING

Изобретение относится к области транспорта, касается шагающих средств передвижения, и может найти применение, когда использование традиционных (колесных, гусеничных)) транспортных средств становится или невозможным, или не эффективным.
При этом наиболее эффективно использование изобретения в составе транспортно-технологических устройств промышленного назначения, к которым предъявляются повышенные требования к их опорно-тяговым характеристикам и проходимости.
Это, например, шагающие:
- горно - добывающие агрегаты,
- дорожно-строительные и землеройные машины,
- тягачи, трубо- и кабелеукладчики и т.д.
Известны шагающие механизмы ортогонального типа, шагающие поочередно опорными многоугольниками (четырехугольниками), образованными неподвижными друг относительно друга опорными элементами (опорами).
Так, известно шагающее устройство с парой таких опорных четырехугольников, состоящих из четырех опор, закрепленных на продольно-подвижных частях корпуса, смонтированных подвижно на горизонтальных штангах /1/.
Способ шагания этого устройства заключается в возвратно-поступательном передвижении частей корпуса друг относительно друга и штанг совместно с закрепленными на них опорными четырехугольниками с поочередным подъемом-опусканием последних в периоды останова движения для взаимной замены.
Недостатками таких ортогонального типа и данного шагающих устройств являются:
- прерывистость движения (походки) из-за необходимости останова движения на каждом шаге для смены опорных многоугольников (четырехугольников), ограниченная из-за этого быстроходность и неравномерность хода;
- повышенная энергоемкость, связанная с затратами энергии на возвратно-поступательные перемещения совместно с опорными элементами инерционных масс конструкции корпуса.
Наиболее близким изобретению является известный плавучешагающий донный аппарат, включающий горизонтальный корпус и установленные по его длине прямолинейно-направляющие механизмы, содержащие связанные с приводами поворотов относительно корпуса траверсы и установленные на них на шарнирно-ползунных устройствах углообразные коромысла с опорными элементами (стойками-опорами) на противоположных плечах, подвижно соединенных рычагами половинной длины плеча коромысла с траверсами /2/.
По концам траверс побортно (вдоль по обе стороны от бортов корпуса) установлены емкости (камепы) переменной плавучести, которые служат приводами для вертикального поворота траверс с подъемом-опусканием опор противоположных плеч коромысел, за счет чего производится бортовая сменяемость опор, а на противоположных плечах коромысел установлены горизонтальные винтовые движители, являющиеся приводами горизонтального поворота коромысел относительно корпуса, обеспечивающими возвратно-поступательное вдоль корпуса перемещение (шагание) опор.
Передвижение шаганием аппарата-прототипа, находящегося на плаву над поверхностью дна, осуществляется за счет поочередного отталкивания от поверхности дна опорами противоположных плеч коромысел прямолинейно-направляющих механизмов.
При вертикальном повороте траверс происходит бортовая смена: с подъемом-опусканием опор - противоположных плеч коромысел, а при горизонтальном повороте коромысел - отталкивание от поверхности дна опустившимися на грунт опорами.
Поскольку устойчивость находящегося в процессе передвижения шаганием на плаву аппарата обеспечивается за счет гидроподдержки камерами - приводами (и возможными другими средствами плавучести), то ни количество находящихся одновременно в опоре прямолинейно-направляющих механизмов, ни очередность смены опор не имеют для сохранения устойчивости значения.
Недостатками прототипа, которые устраняются описываемым изобретением, являются.
Невозможность устойчивого непрерывного передвижения шаганием без постоянной гидроподдержки и, вместе с тем, практическая неприменимость для осуществления передвижения шаганием вне водной среды используемого приводного механизма, содержащего в качестве приводов вертикального поворота траверс емкости (камеры) переменной плавучести и винтовые двигатели для горизонтального поворота коромысел.
Оба этих недостатка напрочь исключают способность прототипа осуществлять устойчивое непрерывное передвижение шаганием вне водной среды (сухопутное).
Наряду с этим из-за невысокой эффективности действия используемых приводов (инерционность, низкое быстродействие камер переменной плавучести и работающих в реверсивном режиме винтов) аппарат-прототип не может иметь достаточно высокую быстроходность
Кроме того, в прототипе не исключены спотыкание опорами при их постановке на грунт и торможение отшагавшими опорами, что существенно снижает качество движения (равномерность, плавность хода).
Вышеперечисленные недостатки прототипа в своей совокупности существенно снижают его общие функциональные возможности и эффективность действия и сужают область его использования.
С целью обеспечения устойчивости непрерывного передвижения шаганием при повышении его качества и быстроходности и тем самым повысить эффективность действия, расширить функциональные возможности и область использования и предлагается данное изобретение.
Поставленная цель достигается тем, что на корпусе установлены не менее, чем две группы, содержащих каждая не менее трех прямолинейно-направляющих механизмов, взаимодействующих согласованно между собой и приводами приводного механизма с возможностью одновременного, с поочередной сменяемостью нахождения одних групп в состоянии разнобортного вертикального поворота траверс с образованием попеременно опорами противоположных плеч коромысел опорных многоугольников, а других - в состоянии горизонтального поворота коромысел с образованными опорными многоугольниками.
В частном техническом решении на корпусе установлены две группы, содержащих одна четыре, например (1-3-5-7), а другая, - четыре, соответственно, (2-4-6-8), в порядке последовательного расположения по длине корпуса через одного, прямолинейно-направляющих механизма, взаимодействующих согласованно между собой и приводами приводного механизма с возможностью одновременного, с поочередной сменой нахождения одной группы в состоянии разнобортного вертикального поворота траверс с образованием попеременно опорами противоположных плеч коромысел опорных четырехугольников, а другой - в состоянии горизонтального поворота коромысел с образованным опорным четырехугольником.
Наличием в каждой группе не менее трех прямолинейно-направляющих механизмов достигается возможность при разнобортных (в стороны противоположных бортов) вертикальных поворотах их траверс образования попеременно опорами противоположных плеч коромысел устойчивых опорных многоугольников (трех-, четырехугольников и более).
А наличие минимально двух групп прямолинейно-направляющих механизмов обеспечивает возможность поочередной, на каждом шаге сменяемости образуемых каждой группой опорных многоугольников (четырехугольников).
Этим достигается непрерывный процесс образования и сменяемости опорных многоугольников (четырехугольников), что необходимо для непрерывности процесса шагания.
Описываемый способ шагания, заключающийся в перемещении опор противоположных плеч коромысел, производимом в фазе бортовой смены с подъемом-опусканием опор путем вертикальных поворотов траверс и в фазе опоры и отталкивания путем горизонтальных поворотов коромысел прямолинейно-направляющих механизмов, состоит в том, что перемещение опор производят с образованием попеременно опорами противоположных плеч коромысел поочередно сменяющих друг друга групп прямолинейно-направляющих механизмов опорных многоугольников.
При этом в фазе бортовой смены при опускании опор опорного многоугольника, путем опережения началом горизонтального поворота коромысел окончания вертикального поворота траверс, опорам придают опережающее их постановку на опорную поверхность перемещение в направлении отталкивания, причем со скоростью не ниже текущей скорости движения машины, а подъем опор, путем опережения началом вертикального поворота траверс окончания горизонтального поворота коромысел, осуществляют с опережением завершения фазы опоры и отталкивания.
А при поочередной смене групп прямолинейно-направляющих механизмов и, соответственно, образованных их опорами опорных многоугольников, путем опережения окончанием вертикального поворота траверс в одних начала вертикального поворота траверс в других группах, постановку на опорную поверхность опорных многоугольников групп, завершающих фазу бортовой смены опор, производят с опережением отрыва от поверхности опорных многоугольников групп, завершающих фазу опоры и отталкивания.
Применительно к машине, содержащей две группы (1-3-5-7) и (2-4-6-8) прямолинейно-направляющих механизмов, описываемый способ шагания заключается в том, что перемещение опор производят с образованием попеременно, через шаг опорами противоположных плеч коромысел поочередно сменяющих друг друга групп (1-3-5-7) и (2-4-6-8) прямолинейно-направляющих механизмов опорных четырехугольников.
При этом в каждой из групп (1-3-5-7) и (2-4-6-8) прямолинейно-направляющих механизмов в фазе бортовой смены при опускании опор опорного четырехугольника, путем опережения началом горизонтального поворота коромысел окончания вертикального поворота траверс, опорам придают опережающее их постановку на поверхность перемещение в направлении отталкивания, причем со скоростью не ниже текущей скорости движения машины, а подъем опор, путем опережения началом вертикального поворота траверс окончания горизонтального поворота коромысел, осуществляют с опережением завершения фазы опоры и отталкивания с переносом опор,.
А при поочередной смене групп (1-3-5-7) и (2-4-6-8) прямолинейно-направляющих механизмов и, соответственно, образованных их опорами опорных четырехугольников, путем опережения окончанием вертикального поворота траверс в одной начала вертикального поворота траверс в другой группе, постановку на поверхность опор опорного четырехугольника группы, завершающей фазу бортовой смены опор, производят с опережением отрыва от поверхности опор опорного четырехугольника группы, завершающей фазу опоры и отталкивания.
Приданием опорам опорных многоугольников (четырехугольников) опережающего их постановку на опорную поверхность перемещения в направлении отталкивания (причем со скоростью, не меньшей текущей скорости движения машины) исключается возможность спотыкания опор о грунт и прерывания движения.
А опережением подъема опорных многоугольников (четырехугольников) момента завершения фазы опоры и отталкивания исключается возможность торможения отшагавшими опорами.
Этим обеспечивается качество (плавность, равномерность) непрерывного движения.
Опережением постановки опорных многоугольников (четырехугольников) на опорную поверхность момента их отрыва от нее при поочередной смене групп прямолинейно-направляющих механизмов достигается перекрытие шагов опорами опорных многоугольников (четырехугольников).
Чем исключается возможность провалов (падения) корпуса, производимая на ходу, без остановы движения.
Всем этим обеспечивается осуществление устойчивого непрерывного и качественного движения.
Изобретение поясняется на следующих чертежах.
На фиг.1 показаны некоторые варианты общего вида описываемой шагающей машины различного назначения.
На фиг.2 показана конструкция отдельного модуля шагающего движителя с прямолинейно-направляющим механизмом.
На фиг.3, 4 показаны варианты конструктивно-кинематических схем шагающего движителя.
На фиг.5 показана общая гидравлическая схема приводного механизма при двухгрупповой конструкции шгающего движителя.
На фиг.6 показана схема согласования взимодействия прямолинейно-направляющих и приводного механизмов шагающего движителя.
На фиг.7 показана схема полного фазового цикла механизма шагания.
На фиг.8 показана шаговая траекторная диаграмма перемещения относительно корпуса опоры прямолинейно-направляющего механизма.
На фиг.9 показана обобщенная траекторная диаграмма перемещения относительно корпуса опор поочередно сменяющих друг друга прямолинейно-направляющих механизмов.
На фиг.10 показана фазово-временная диаграмма осуществления описываемого способа шагания.
В зависимости от назначения возможны различные конструктивные схемы описываемой шагающей машины и, соответственно, ее общий вид, например, (фиг.1):
- машина для перевозки и перемещения по бездорожью тяжелых грузов (фиг.1а, б);
- бульдозер-тягач (фиг.1в).
- самоходная буровая установка.
Описываемая шагающая машина включает прочный, например, трубчатой конструкции горизонтальный корпус 1 и установленные последовательно по его длине прямолинейно-направляющие механизмы (далее ПНМ) 2, в совокупности составляющие ее ходовую часть (шагающий движитель).
Корпус 1 может одновременно служить и корпусом шагающего движителя, и корпусом машины.
ПНМ 2 могут быть установлены на корпусе 1 как сверху (фиг.1б, в), так и снизу (фиг.1а, г).
На корпусе 1 могут крепиться: кабина (кабины) 3 водителя (лей), грузовые платформы (кузова) 4 для размещения грузов и установки разного назначения производственно-технологического оборудования, 5 - поверхность грунта.
Каждый ПНМ 2 содержит связанную с приводами поворотов относительно корпуса 1 поперечную траверсу 6 и установленную на ней на шарнирно-ползунном устройстве (далее ШПУ) 7 углообразное коромысло 8 с установленными на его противоположных плечах опорными элементами (опорами) 9 (фиг.2).
Середины противоположных плеч коромысла 8 шарнирами 10, 11 соединены с рычагами 12, 13 половинной длины плеч коромысла, которые, в свою очередь, с помощью шарнирно-ползунных устройств (ШПУ) 14, 15 соединены с траверсой 6.
Каждый ПНМ 2 траверсой 6 с помощью раскосых стоек 16, 17 закреплен на поворотном устройстве 18, связанном с приводом 19 вертикального (прямого и обратного) поворота (стрелки 20) траверсы 6 относительно корпуса 1, в результате чего происходит подъем-опускание опор 9 противоположных плеч коромысла 8 (на виде по стрелке А фиг.2 показано стрелками вверх-вниз). Таким образом в каждом ПНМ производится смена опор 9.
ПШУ 7 коромысла 8 связано с приводом (дами) 21 горизонтального поворота (стрелки 22) коромысла 8 относительно корпуса 1. При возвратно-поступательном (стрелки 23) перемещении ШПУ 7 по траверсе 6 опоры 9 противоположных плеч коромысла 8 попеременно совершают шагательные и переносные перемещения (стрелки 24).
В качестве приводов 19 вертикального поворота траверс 6 могут служить известные моментные гидродвигатели возвратно-поворотного действа, а в качестве приводов 21 горизонтального поворота коромысел 8 - также известные силовые гидроцилиндры (см.ниже).
Участок корпуса 1 с установленными на нем на поворотном устройстве 18 ПНМ 2 с приводами 19 и 21 (фиг.2) представляет собой отдельный шагающий модуль. 25 - условные стыковочные узлы.
Совокупность последовательно состыкованных этих модулей образует шагающий движитель, а совокупность согласованно взаимодействующих приводов 19, 21 ПНМ 2 всех модулей составляет его приводной механизм.
На фиг.2 показана такая модульная конструкция шагающего движителя машины.
Для достижения поставленной цели, а именно обеспечения устойчивого непрерывного движения, описываемая шагающая машина выполнена состоящей из установленных на корпусе 1 не менее чем из двух групп, содержащих каждая не менее трех ПНМ 2, взаимодействующих между собой и приводами 19, 21 приводного механизма с возможностью одновременного, с поочередной сменяемостью нахождения одних групп ПНМ 2 в состоянии разнобортного (в стороны противоположных бортов) вертикального поворота траверс 6 с подъемом-опусканием опор 9 противоположных плеч коромысел 8 и образованием ими при опускании устойчивых опорных многоугольников, а других - в состоянии горизонтального поворота коромысел 8 с перемещением вдоль бортов корпуса 1 опор 9 образованных опорных многоугольников (фиг.3).
При этом в зависимости от числа групп ПНМ, количества ПНМ в каждой из них и порядка их взаимодействия возможны различные варианты конструктивно-кинематических схем.
В частности, на фиг.3 и 4 показаны варианты конструктивно-кинематических схем двух групповой консрукции движителя, в которых одна группа ПНМ 2 содержит четыре (1-3-5-7), а другая - четыре (2-4-6-8) ПНМ (в порядке их последовательного расположения по длине корпуса 1).
Строкой цифр 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 сверху над чертежом указаны порядковые номера ПНМ. (С целью упрощения чертежа приводы и прочие элементы конструкции не показаны.)
ПНМ каждой из групп (1-3-5-7) и (2-4-6-8) взаимодействуют между собой и с приводами (через механизм согласования поворотов их траверс 6 и коромысел 8) с возможностью одновременного, с поочередной сменяемостью нахождения одной группы ПНМ в состоянии разнобортного вертикального поворота траверс 6 с подъемом-опусканием противоположных плеч коромысел 8 с образованием их опорами 9 опорного многоугольника (четырехугольника), а другой - в состоянии горизонтального поворота коромысел 8 с образованным их опорами 9 при опускании опорным четырехугольником.
На чертежах (фиг.3, 4) опоры 9 групп ПНМ, находящихся в состоянии горизонтального поворота коромысел 8 (соответственно, в фазе опоры и отталкивания с переносом опор), отмечены закрашенными окружностями, а образованные ими опорные четырехугольники выделены штрихпунктирными линиями.
Опоры 9 групп ПНМ, находящихся при этом в состоянии вертикального поворота траверс 6 (соответственно, в фазе бортовой смены опор), отмечены не закрашенными окружностями.
При такой двухгрупповой конструкции возможны следующие кинематические схемы образования попеременно опорами 9 противоположных пдеч коромысел 8 ПНМ каждой из групп (1-3-5-7), и (2-4-6-8) опорных четырехугольников.
По схеме фиг.3 в группе ПНМ (1-3-5-7) опорные четырехугольники образуются попеременно разнобортными (находящимися в опоре по разные стороны от борта корпуса 1) опорами ПНМ под номерами 1,3 и 5,7 (фиг.3а), а в группе ПНМ (2-4-6-8) - разнобортными опорами 2,4 и 6,8 (фиг.3б).
По схеме фиг.4 в группе ПНМ (1-3-5-7) опорные четырехугольники образуются попеременно однобортными (находящимися в опоре по одну сторону от борта корпуса 1) опорами ПНМ под номерами 1, 3 и 5, 7 (фиг.4а), а в группе ПНМ (2-4-6-8) - однобортными опорами 2, 4 и 6, 8 (фиг.4б). И, если группа ПНМ (1-3-5-7) (см. фиг.3а, 4а) находится в состоянии горизонтального поворота коромысел 8 (т.е. в фазе опоры и отталкивания с переносом опор), то группа ПНМ (2-4-6-8) в данный период времени находится в состоянии вертикального поворота траверс 6 с подъемом-опусканием опор 9 противоположных плеч их коромысел 8 (т.е. в фазе бортовой смены опор).
На следующем шаге фазы ПНМ этих групп форма и положения относительно корпуса опорных четырехугольников изменяются и имеют вид, показанный, соответственно, на фиг.3б и 4б.
На очередном шаге картина повторяется, но опорные четырехугольники уже образуются опорами противоположных плеч коромысел этих ПНМ. И так далее.
Так что в каждой из групп ПНМ опорные четырехугольники попеременно, при двухгрупповой конструкции - через шаг, образуются опорами 9, то левых, то правых плеч коромысел 8. А смена образуемых таким образом опорных четырехугольников производится поочередным, на каждом шаге вертикальным групповым поворотом траверс 6 сменяющих друг друга групп ПНМ. Так обеспечивается непрерывный процесс образования и сменяемости опорных многоугольников (четырехугольников).
Синхронизация группового действия образующих приводной механизм приводов (моментных гидродвигателей 19 и гидроцилиндров 21) внутри каждой группы ПНМ (внутригрупповая) и между группами ПНМ (межгрупповая) может быть обеспечена включением их в единую гидросистему с общим насосом 26, который подключен к установленному в (на) корпусе 1 бортовому дизель-генератору 27 (фиг.5).
На фиг.5 показана возможная принципиальная схема включения в гидросистему приводного механизма двухгрупповой (с группами ПНМ (1-3-5-7) и (2-4-6-8)) конструкции шагающего движителя.
Гидросистема состоит из двух гидравлических контуров с напорными 28 и отводящими (сливными) 29 трубопроводами, причем моментные гидродвигатели 19 обеих групп ПНМ включены в один, а гидроцилиндры 21 - в другой гидравлические контуры.
Внутри- и межгрупповая согласованность взаимодействия приводов приводного механизма может быть обеспечена использованием известных средств автоматики.
В соответствии с общей гидравлической схемой (фиг.5) на фиг.6 на примере двух отдельных: ПНМ1 - из группы (1-3-5-7) и ПНМ2 - из группы (2-4-6-8) показана возможная принципиальная схема согласования этого взаимодействия.
Обозначения:
ГД1 и ГД2 - моментные гидродвигатели;
ГЦ1 и ГЦ2 - гидроцилиндры, относящиеся, соответственно, к ПНМ1 и ПНМ2;
КпГД1 и КпГД2 - автоматические клапаны-переключатели их рабочих полостей для выполнения ими прямого и обратного действия.
КГД1, КГД2 и КГЦ1, КГЦ2 - автоматические клапаны, обеспечивающие включение в работу и выключение, соответственно ГД1, ГД2 и Гц1, ГЦ2.
Работой клапанов управляют электронные блоки, условно БУ1 и БУ2, связанные (показано пунктирными линиями) с задающим общий режим действия программным блоком ПБ органа управления движением машины.
Работа данной схемы по согласованию взаимодействия ПНМ и приводов 19, 21 подробно описана ниже в связи с осуществлением способа передвижения аппарата.
Описываемый способ шагания машины, заключающийся в перемещении опор 9, производимом в фазе бортовой смены с подъемом-опусканием опор противоположных плеч коромысел 8 - путем вертикального поворота траверс 7, и в фазе опоры и отталкивания с переносом опор - путем горизонтального поворота коромысел 8, состоит в следующем.
Во первых, перемещение опор 9 осуществляют с одновременным и непрерывным образованием попеременно опорами противоположных плеч коромысел 8 поочередно сменяющих друг друга групп ПНМ опорных многоугольников.
Применительно к конструкции машины, состоящей из двух групп (1-3-5-7) и (2-4-6-8) прямолинейно-направляющих механизмов, перемещение опор 9 осуществляют с одновременным и непрерывным образованием попеременно, через шаг опорами 9 противоположных плеч коромысел 8 поочередно сменяющих друг друга групп (1-3-5-7) и (2-4-6-8) ПНМ опорных четырехугольников.
На фиг.7 приведена схема полного фазового цикла процесса шагания поочередно двумя вышеуказанными группами ПНМ (1-3-5-7) и (2-4-6-8).
Далее в тексте для упрощения изложения ПНМ обозначены соответственно как ПНМ1, ПНМ2, ПНМЗ и т.д., которые полностью соответствуют проставленным на чертеже сверху порядковым номерам 1,2,3.
Каждый фазовый цикл состоит из четырех шагов (или этапов), обозначенных вертикальным столбцом цифр 1, 2, 3, 4.
Как и на фиг.3, закрашенными окружностями обозначены стоящие на грунте опоры 9, а соответствующие ПНМ с образованными этими опорами опорными четырехугольниками (отмечены штрихпунктирными линиями) находятся в фазе опоры и отталкивания от грунта.
Стрелкой 30 показано направлению шагания.
На первом шаге (этапе1) группа ПНМ (1-3-5-7) находится в состоянии горизонтального поворота коромысел 8, соответственно, в фазе опоры и отталкивания опорным четырехугольником, образованным (см. по стрелке 30) однобортными правыми опорами 9 ПНМ1 и ПНМ5 и левыми ПНМ3 и ПНМ7, а группа ПНМ (2-4-6-8) находится в состоянии вертикального поворота траверс 7, соответственно, в фазе бортовой смены опор 9.
На втором шаге (этапе 2) в фазе опоры и отталкивания находится опорный четырехугольник, образованный однобортными левыми опорами ПНМ2 и ПНМ6 и правыми опорами 9 ПНМ4 и ПНМ8 группы (2-4-6-8), а группа ПНМ (1-3-5-7) находится в фазе бортовой смены опор.
На третьем шаге (этапе 3) в фазе шагания находится опорный четырехугольник, образованный левыми опорами 9 ПНМ1 и ПНМ5 и правыми ПНМЗ и ПНМ7 группы (1-3-5-7); а группа ПНМ (2-4-6-8) находится в фазе бортовой смены опор.
Наконец, на четвертом шаге (этапе 4) в фазе шагания находится опорный четырехугольник, группы (2-4-6-8), образованный правыми опорами ПНМ2 и ПНМ6 и левыми опорами 9 ПНМ4 и ПНМ8, а группа ПНМ (1-3-5-7) находится в фазе бортовой смены опор.
На этом фазовый цикл, состоящий из четырех шагов (этапов), заканчивается и шагающий механизм возвращается в исходное положение первого шага (этапа 1).
Как следует из чертежа форма и положение относительно корпуса образуемого опорного четырехугольника на каждом шаге видоизменяются, но центр масс всегда остается в площади опоры, что обеспечивает устойчивость.
Во вторых, для обеспечения непрерывности и качества непрерывного движения при смене образуемых попеременно опорами 9 противоположных плеч коромысел 8 опорных многоугольников, в частности четырехугольников поочередно сменяющих друг друга групп (1-3-5-7) и (2-4-6-8) ПНМ, поступают следующим образом (см. фиг.8, 9).
В каждой группе ПНМ 2, в частности в каждой из групп (1-3-5-7) и (2-4-6-8) ПНМ, в фазе бортовой смены при опускании опор 9 опорного многоугольника (четырехугольника), путем опережения началом горизонтального поворота коромысел 8 окончания вертикального поворота траверс 6, опорам придают опережающее их постановку на опорную поверхность перемещение в направлении отталкивания, причем со скоростью не ниже текущей скорости движения машины.
На диаграмме фиг.8 изображена поясняющая это шаговая траектория перемещения опор 9 противоположных плеч коромысла 8 отдельного ПНМ.
Здесь и далее:
Стрелками на соответствующих участках траекторий показаны направления перемещения опор 9 по траектории.
Штрихпунктирной линией условно отделены участки траекторий опор 9 противоположных плеч коромысла 8.
o
S -полный (номинальный) шаг опоры 9 относительно корпуса 1, соответствующий номинальному углу горизонтального поворота коромысла 8
оп
S -опорный шаг (перемещение корпуса 1 на одном шаге),
боп
S - величина безопорного перемещения опор 9 при опускании и подъеме.
п
o
o
п
o
п
o
При этом, как было сказано выше, горизонтальная составляющая V скорости перемещения опоры 9 при ее опускании на грунт 5 должна быть равной (или больше) скорости V передвижения в данный момент машины V, т.е. V=V (или V>V при ускорении шагания).
Этим исключается возможность спотыкания опорами 9 при постановке опорного многоугольника (четырехугольника) на грунт 5.
И осуществляют это в каждой группе ПНМ путем расчетного опережения началом горизонтального поворота коромысел 8 окончания вертикального поворота траверс 7 с опусканием опор 9 на опорную поверхность 5.
А подъем опор 9 опорного многоугольника (четырехугольника), путем опережения началом вертикального поворота траверс 6 окончания горизонтального поворота коромысел 8, осуществляют с опережением завершения фазы опоры и отталкивания с переносом опор 9.
Этим исключается возможность торможения движения аппарата отшагавшими опорами 9.
Осуществляют это в каждой группе ПНМ путем расчетного опережения началом вертикального поворота траверс 6 с подъемом опорного многоугольника (четырехугольника) и отрывом его опор 9 от опорной поверхности 5 окончания горизонтального поворота коромысел 9.
Вместе с тем, (в третьих) при поочередной смене групп ПНМ, путем опережения окончанием вертикального поворота траверс 6 в одних начала вертикального поворота траверс 6 в других группах ПНМ, постановку на поверхность опор опорных многоугольников (четырехугольников) групп, завершающих фазу бортовой смены опор, производят с опережением отрыва от поверхности опор опорных многоугольников (четырехугольников) групп ПНМ, завершающих фазу опоры и отталкивания с переносом.
И осуществляют это путем расчетного опережения окончанием вертикального поворота траверс 6 с опусканием и постановкой опорных многоугольников (четырехугольников) на грунт 5 одной группы ПНМ начала вертикального поворота траверс 6 с подъемом и отрывом опорных четырехугольников от грунта другой группы ПНМ, которую сменяет первая.
Этим исключается возможность провалов (падений) корпуса 1 при поочередной групповой смене ПНМ в процессе движения аппарата.
Этот механизм поясняется также на совмещенной траекторной диаграмме перемещения опор 9 сменяющих друг друга ПНМ1 и ПНМ2 (считай опорных четырехугольников групп ПНМ (1-3-5-7) и (2-4-6-8)) (фиг.9).
Индексами «л» и «пр» на чертеже и далее в тексте обозначены левая и правая опоры 9. Остальные обозначения остаются прежними.
п
На диаграмме фиг.9 показано как траектории опор ПНМ1 и ПНМ2 на каждом шаге перекрывают друг друга на расчетную величину S.
Эту диаграмму следует рассматривать совместно с приведенной на фиг.10 совмещенной фазово-временной диаграммой, построенной также для двух взаимодействующих согласованно между собой и приводами ПНМ1 и ПНМ2 (считай для групп ПНМ (1-3-5-7) и (2-4-6-8)).
На этой диаграмме обозначены:
К1, К2 - коромысла, Оп1, Оп2 - опоры, Тр1, Тр2 - траверсы, относящиеся, соответственно, к ПНМ1 и ПНМ2.
Закрашенными горизонтальными полосами показаны временные периоды, в течении которых элементы ПНМ находятся в движении, а именно: коромысла 8 совершают горизонтальные повороты, траверсы 6 - вертикальные повороты, а опоры 9 - шагательные перемещения.
При этом временные периоды без опорного шагательного перемещения опор 9 показаны заштрихованными участками этих полос.
0
1
2
3
Позициями Т, Т, Т, Т… сверху отмечены моменты времени начала и окончания этих поворотов и перемещений в фазовом цикле процесса шагания, показанном на фиг.7.
Итак, пооперационно, с одновременным указанием действия и технического средства его выполнения согласно приведенной на фиг.6 схемы согласования взаимодействия, описываемый способ передвижения машины осуществляется следующим образом (см. фиг.10, 9 совместно с фиг.7, 8).
0
Примем, что к моменту Т поочередно сменяющие друг друга ПНМ1 и ПНМ2 (считай четырехугольники групп ПНМ (1-3-5-7) и (2-4-6-8)) находятся в следующих фазовых состояниях:
1
ПНМ1 завершает бортовую смену опор, и в момент Т, например, его правая опора Оп1пр готова встать на грунт, а ПНМ 2 находится еще в состоянии завершения фазы опоры отталкивания и ее правая опора Оп2пр готова оторваться от грунта (фиг.9).
о
1
п
o
В момент Т с расчетным опережением момента Т постановки Оп1пр на грунт (открытием КЦ1 и включением в работу ГЦ1 совместно с работающими ГД1 и ГЦ2) (этот момент зафиксирован на схеме фиг.7) начинают горизонтальный поворот К1 и безопорное перемещение (шагание) Оп1пр, причем со скоростью, равной текущей скорости движения аппарата (V=V) (см. фиг.8).
1
0
боп
(Т-Т) - расчетный период безопорного (S) шагания Оп1пр.
Этим исключают возможность спотыкания Оп1пр при постановке на грунт 5.
1
В момент Т вместе с постановкой Оп1пр на грунт (закрытием КГД1 и отключением ГД1 при включенном в работу ГЦ1 и еще работающем ГЦ2) прекращают вертикальный поворот Тр1.
2
1
п
Поскольку при этом ГЦ2 продолжает работать, и К2 выполняет горизонтальный поворот, то в течение периода (Т-Т) имеет место перекрытие (S) шагов совместно шагающими Оп1пр и Оп2пр (фиг.9).
Этим исключают провал корпуса при смене Оп2пр на Оп1пр (считай при смене четырехугольника ПНМ группы (2-4-6-8) на четырехугольник ПНМ группы (1-3-5-7)).
2
1
п
(Т-Т) - период совместного шагания Оп1пр и Оп1пр с перекрытием шагов (S).
2
3
В следующий момент Т с опережением на расчетный период времени момента Т окончания поворота К2 и завершения шагания Оп2пр (открытием КГД2 и включением ГД2 при работающем ГЦ2, а также переключением КпГД2 рабочей полости ГД2 начинают обратный предыдущему вертикальный поворот Тр2 с подъемом и отрывом от грунта Оп2пр и опусканием Оп2л.
3
2
боп
(Т-Т) - расчетный период безопорного (S) перемещения Оп2пр при подъеме (фиг.9, 8.).
3
Этим исключают возможность торможения Оп2пр при ее подъеме. Т - момент окончания шагания Оп2пр (закрытием КЦ2 и отключением ГЦ2).
4
п
o
В момент Т с расчетным опережением момента Т5 постановки Оп2л на грунт (открытием КЦ2 и включением ГЦ2 при работающем ГД2) начинают горизонтальный поворот К2 с безопорным перемещением Оп2л, причем со скоростью, равной текущей скорости движения аппарата (V=V) (фиг.8).
5
4
(Т-Т) - расчетный период
боп
безопорного (S) шагания Оп2л.
Этим исключают возможность спотыкания Оп2л при постановке на грунт.
5
В момент Т вместе с постановкой Оп2л на грунт (закрытием КГД2 и отключением ГД2) прекращают вертикальный поворот Тр2.
6
5
п
Поскольку при этом ГЦ1 продолжает работать, и К1 выполняет горизонтальный поворот, то в течение периода (Т-Т) имеет место перекрытие шагов (S) совместно шагающими Оп1пр и Оп2л (фиг.9).
Этим исключают провал корпуса при смене Оп1пр на Оп1л.
6
7
В следующий момент Т с опережением на расчетный период времени момента Т окончания поворота К1 и завершения шагания Оп1пр (открытием КГД1 и включением ГД1 при работающем ГЦ1, а также переключением КпГД1 рабочей полости КГД1) начинают обратный вертикальный поворот Тр1 с отрывом Оп1пр от грунта и опусканием Оп1л.
7
6
боп
(Т-Т) - расчетный период безопорного (S) перемещения Оп1пр при подъеме.
7
Этим исключают возможность торможения Оп1пр при подъеме и отрыве от грунта. Т - момент окончания шагания Оп1пр (закрытием КЦ1 и отключением ГЦ1).
8
9
п
о
В следующий момент Т с расчетным опережением момента Т постановки Оп1л на грунт (открытием КЦ1 и включением ГЦ1 при работающем ГД1) начинают горизонтальный поворот К1 с безопорным перемещением Оп1л, причем со скоростью, равной скорости движения аппарата (V=V) (фиг.8).
9
8
боп
(Т-Т) - расчетный период безопорного (S) шагания Оп1л (фиг.9).
Этим исключают возможность спотыкания Оп1л при постановке на грунт.
9
В момент Т вместе с постановкой Оп1л на грунт (закрытием КГД1 и отключением ГД1) прекращают вертикальный поворот Тр1.
10
11
В момент Т с опережением на расчетный период времени момента Т окончания поворота К2 и завершения шагания Оп2л (открытием КГД2 и включением ГД2 при работающем ГЦ2, а также переключением КпГД2 рабочей полости КГД2) начинают обратный вертикального поворота Тр2 с отрывом Оп2л от грунта и опусканием Оп2пр.
11
10
боп
(Т-Т) - расчетный период безопорного (S) перемещения Оп2л при подъеме.
Этим исключают возможность торможения Оп2л при подъеме и отрыве от грунта.
10
9
п
Поскольку при этом ГД2 продолжает работать, и К2 выполняет горизонтальный поворот, то в течение периода (Т-Т) имеет место перекрытие (S) шагов совместно шагающими Оп1л и Оп2пр (фиг.9).
11
Этим исключают провал корпуса при смене Оп2пр на Оп1л. Т - момент окончания шагания Оп2л (закрытием КЦ2 и отключением ГЦ2).
И так далее до завершения фазового цикла (фиг.7).
Таким образом, благодаря вышеописанным новым техническим решениям достигается возможность осуществлять устойчивое, непрерывное и качественное передвижение шаганием.
При этом машина обладает повышенными опорно-тяговыми характеристиками (как «многоножка») и грунтовой проходимостью, определяемой длиной плеча коромысла и углом вертикального поворота траверсы ПНМ относительно корпуса. Имеет прямой, задний и боковой ход, способна шагать в гору, под уклон и при боковом уклоне. Поперечная разнесенность плеч коромысел с опорами обеспечивает максимальную боковую (бортовую) устойчивость.
Источники информации
1. Патент РФ №2001816, МКИ D62D 57/02.
2. Патент РФ №2214940, МКИ B63G8/00, E21C50/00, 2003г.-прототип.