RU2038248C1

RU2038248C1 - Wheeled walking driver

Info

Publication number: RU2038248C1
Authority: RU
Inventors: Виктор Григорьевич Анопченко
Original assignee: Виктор Григорьевич Анопченко
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1992-04-30
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: transport driving means. SUBSTANCE: device has hub 2 secured on drive shaft 1. Mounted on hub are joints 3,4,5 arranged symmetrically relative to center over circumference in 120 degree steps. Joints couple hub with middle parts of bell-cranks 6,7,8, axle of joint 3 being installed for movement in hub radial direction. First lever 6 is connected by one end with rear part of shoe 13 and by other end, with front part of shoe 11 whose rear part is hinge-coupled with one end of following bell-crank 7. Other end of this bell-crank is hinge-coupled with front part of shoe 12. Bell-crank 8 couples shoes 12 and 13 in the same manner. Joints 10 on each shoe are arranged at equal distance from its ends, and distance between these joints is less than distance between joints on hub which couple bell-cranks connected with shoes. EFFECT: provision of easy negotiation of stair flights irrespective of direction of movement, cut down materials and power usage, simplified design, enhanced adaptability to manufacture. 6 cl, 18 dwg

Description

Изобретение относится к движителям транспортных средств, а именно к устройству для передвижения инвалидных и грузовых колясок по ступенькам лестниц и выступам. The invention relates to movers of vehicles, and in particular to a device for moving wheelchairs and wheelchairs along stairs and ledges.

Известен колесно-шагающий движитель, содержащий ступицу с закрепленной на ней крестовиной, в радиальных лучах (рычагах) которой шарнирно на осях установлены опоры (опорные башмаки) в виде усеченных сегментов цилиндра, и механизм поворота опор в виде одинаковых зубчатых колес, попарно расположенных на ступице напротив шлицевых концов осей башмаков, одно из которых соединено со ступицей неподвижно, а другое поворотно, и шестерен, установленных на каждом конце оси с возможностью их осевого передвижения посредством силового привода для синхронного попеременного зацепления с неподвижными поворотными зубчатыми колесами (см. авт.св. СССР N 455876, кл. В 60 В 19/00, 1979). A wheel-walking propulsion device is known, comprising a hub with a crosspiece fixed on it, in radial rays (levers) of which bearings (support shoes) are mounted pivotally in the form of truncated cylinder segments, and a support rotation mechanism in the form of identical gears arranged in pairs on the hub opposite the splined ends of the axes of the shoes, one of which is connected to the hub motionlessly, and the other is rotated, and gears mounted on each end of the axis with the possibility of their axial movement by means of a power drive for synch alternating gearing with fixed rotary gears (see ed. St. USSR N 455876, class B 60 V 19/00, 1979).

Существенным недостатком известного движителя при реализации шагающего хода является наличие существенных энергозатрат на синхронизацию положения опорных башмаков, связанных с наличием открытых зубчатых пар, подверженных загрязнению и повышению трения в зацеплении; значительная материалоемкость ввиду использования однофункциональных элементов: рычагов только для передачи силы тяжести от ступицы к башмакам, зубчатых колес только для синхронизации вращения последних. К тому же устройство практически неработоспособно, если башмак устанавливается на выступ концом, так как при попытке отрыва от опоры нижнего башмака провернется и соскользнет с выступа башмак, взаимодействующий с ним. A significant drawback of the known propulsion device when implementing a walking stroke is the significant energy consumption for synchronizing the position of the support shoes associated with the presence of open gear pairs subject to contamination and increased friction in engagement; significant material consumption due to the use of single-functional elements: levers only for transmitting gravity from the hub to the shoes, gears only to synchronize the rotation of the latter. In addition, the device is practically inoperative if the shoe is installed on the protrusion with the end, since when you try to tear off the lower shoe from the support, the shoe interacting with it will turn and slip off the protrusion.

Известен также движитель для преодоления препятствий, содержащий два внутренних звена (рычага), установленных на валу серединами с возможностью поворота, на каждом конце которых установлено шарнирно наружное звено, свободные концы каждой их пары имеют общий шарнир, на котором установлен ролик и свободно поворачивающийся опорный башмак, причем не менее двух роликов одновременно взаимодействуют с направляющей, а привод внутренних звеньев осуществляется цепной передачей (см. патент США N 2292298, кл. Н.Кл.305-1, 1940). Also known is a propulsion device for overcoming obstacles, comprising two internal links (levers) mounted on the shaft by means of a pivotable center, at each end of which an outer link is pivotally mounted, the free ends of each of their pairs have a common hinge on which a roller and a freely rotating support shoe are mounted , and at least two rollers simultaneously interact with the guide, and the drive of the internal links is carried out by a chain transmission (see US patent N 2292298, CL N. Cl. 305-1, 1940).

Существенным недостатком этого движителя является значительная энергоемкость в связи с потерями на трение в открытой паре ролик направляющая и большая собственная масса ввиду многоэлементности: не менее четырех башмаков, десяти рычагов, четырех роликов, направляющей. К тому же известный движитель имеет недостаточную проходимость, обусловленную программным (задаваемым направляющей) изменением положения башмаков, так как случайная его пробуксовка на ступеньках приведет к накоплению отставания от шага лестничного марша и срыву со ступенек. Наличие свободно установленных на осях башмаков также снижает проходимость ввиду возможности поворота и срыва со ступеньки башмака, установленного на нее носочной частью. A significant drawback of this propulsion device is the significant energy consumption due to friction losses in the open pair, the guide roller and the large dead weight due to the multi-element: at least four shoes, ten levers, four rollers, and the guide. In addition, the known mover has insufficient passability due to the programmed (set by the guide) change in the position of the shoes, since its accidental slipping on the steps will lead to the accumulation of the backlog from the step of the flight of stairs and the breakdown from the steps. The presence of freely mounted shoes on the axes also reduces patency due to the possibility of turning and stalling from the shoe step mounted on it by the forefoot.

В последние годы разработан колесно-шагающий движитель, содержащий два внутренних звена (рычага), установленных серединами на ведущем валу с возможностью поворота, на каждом конце рычага установлен шарнирно опорный башмак, связанный средней частью шарнирной тягой с другим рычагом, причем рычаги связаны с валом посредством дифференциала. In recent years, a wheel-walking propulsion device has been developed, comprising two internal links (levers) mounted rotatably in the middle of the drive shaft, an articulated shoe mounted at each end of the lever connected by an articulated link to the other lever by the middle part, and the levers are connected to the shaft by differential.

Существенным отличием рабочего процесса этого движителя является способность чередовать шаговую и колесную фазы движения в зависимости от силы сопротивления, что позволяет получить при подъеме по лестнице (в одном из направлений вращения вала) траекторию центра, близкую к прямой линии, параллельной вершинами ступенек, при этом значительный вынос конца башмака за кромку ступеньки гарантирует ход без соскальзывания. A significant difference in the working process of this propulsion device is the ability to alternate the step and wheel phases of movement depending on the resistance force, which allows one to obtain a center path close to a straight line parallel to the tops of the steps when climbing stairs (in one of the directions of shaft rotation). the removal of the end of the shoe beyond the edge of the step guarantees a running without slipping.

Существенным недостатком известного движителя является конструктивная сложность и материалоемкость, что обусловлено значительным числом элементов: четыре опорных башмака, детали дифференциального механизма изменения формы, двенадцать шарниров, четыре тяги. Большое число пар трения (двенадцать в шарнирах, две- в сопряжении рычагов с валом, две в дифференциале) снижает КПД движителя, т. е. делает его энергоемким. К тому же, плавность хода и проходимость при движении по лестнице зависит от направления вращения движителя, в частности, если он начинает взаимодействовать со ступенькой носком башмака, то траектория центра вала близка к прямой, если пяточной частью то траектория существенно нелинейна, а также значительно ниже при этом высота преодолеваемого выступа. Необходимо упомянуть, что сравнительно сложная конструкция обуславливает использование дорогостоящих материалов и оборудования при изготовлении, что повышает себестоимость товара, предназначенного для малообеспеченных потребителей хронических больных и инвалидов, госбюджетных организаций: больниц, домов престарелых и инвалидов, пансионатов. A significant drawback of the known propulsion system is the structural complexity and material consumption, which is due to a significant number of elements: four support shoes, parts of the differential mechanism of shape change, twelve hinges, four rods. A large number of friction pairs (twelve in hinges, two in conjugation of levers with a shaft, two in the differential) reduces the efficiency of the propulsion, that is, makes it energy-intensive. In addition, the smoothness of the course and passability when moving along the stairs depends on the direction of rotation of the mover, in particular, if it starts to interact with the step with the toe of the shoe, then the path of the shaft center is close to a straight line, if the heel part then the path is substantially non-linear, and also significantly lower while the height of the overhang ledge. It should be noted that a relatively complex design leads to the use of expensive materials and equipment in the manufacture, which increases the cost of goods intended for low-income consumers of chronic patients and people with disabilities, state budget organizations: hospitals, nursing homes and disabled people, boarding houses.

Известно также устройство, которое может быть использовано по прямому назначению в качестве колесно-шагающего движителя. Устройство содержит ротор (ступицу) с прикрепленными радиально кривошипами (рычагами), каждый из которых концом шарнирно связан с серединой шатуна (опорного башмака), а также механизм изменения положения опорных башмаков, выполненный в виде ротора, установленного эксцентрично ступице и связанного с концом каждого башмака шарнирно рычагом (см. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. М. Машиностроение, 1987, с.301). A device is also known that can be used for its intended purpose as a wheel-walking propulsion. The device comprises a rotor (hub) with radially attached cranks (levers), each of which is pivotally connected to the middle of the connecting rod (support shoe), as well as a mechanism for changing the position of the support shoes, made in the form of a rotor mounted eccentrically to the hub and connected to the end of each shoe articulated with a lever (see Krainev AF, Dictionary-Reference for Mechanisms. M. Mechanical Engineering, 1987, p. 301).

Существенным недостатком устройства является конструктивная сложность и значительная материалоемкость, обусловленные значительным числом элементов: четыре опорных башмака, детали эксцентричного механизма управления положением башмаков, 13 шарниров, 8 рычагов. Большое число пар трения (сопряжения шарниров, рычагов, ротора) снижает КПД устройства, а плавность хода и проходимость зависят от направления вращения: если он начинает взаимодействовать со ступенькой носком башмака, то траектория центра близка к прямой, если пяточной частью то траектория существенно нелинейна и при этом ниже высота преодолеваемого выступа. A significant drawback of the device is the structural complexity and significant material consumption, due to a significant number of elements: four support shoes, details of the eccentric mechanism for controlling the position of the shoes, 13 hinges, 8 levers. A large number of friction pairs (conjugation of hinges, levers, rotor) reduces the efficiency of the device, and smoothness and patency depend on the direction of rotation: if it starts to interact with the step with the toe of the shoe, then the center path is close to straight, if the heel part is essentially non-linear and while the height of the overhang ledge is lower.

Цель изобретения обеспечение высокой проходимости движителя на выступах и лестничных маршах независимо от направления движения при меньших материало- и энергоемкости, а также конструктивной и технологической простоте устройства. The purpose of the invention is to provide high maneuverability on ledges and flights of stairs regardless of the direction of movement with less material and energy consumption, as well as structural and technological simplicity of the device.

Для этого колесно-шагающий движитель, содержащий установленную на валу ступицу и по меньшей мере два расположенных симметрично относительно центра опорных башмака, каждый из которых связан шарнирно с двумя рычагами, имеет количество рычагов, равное количеству опорных башмаков, причем первый рычаг одним концом связан с задней частью по направлению вращения движителя первого башмака, другим концом с передней частью последующего башмака, задняя часть которого связана шарнирно с одним концом последующего рычага, другой конец которого шарнирно связан с передней частью последующего башмака, причем рычаги установлены средней частью на ступице с возможностью поворота в плоскости вращения движителя посредством шарниров, размещенных на ступице равномерно по окружности, к тому же шарниры на каждом башмаке равноудалены от его концов, а расстояние между ними меньше расстояния между шарнирами на ступице, связывающими рычаги, соединенные с башмаком. Кроме того, по меньшей мере один рычаг выполнен с возможностью поступательного однонаправленного движения его концов относительно ступицы. По первому варианту исполнения средний шарнир этого рычага установлен подвижно в радиальном направлении ступицы, по второму варианту он выполнен упругим в плоскости вращения движителя, по третьему варианту он выполнен в виде шарнирного двухзвенника, звенья которого одним концом установлены с возможностью поворота на оси ступицы, по пятому варианту этот рычаг, выполненный по первому варианту, подпружинен упругим линейным элементом, установленным радиально на ступице, один конец которого размещен в ее пазу, другой в пазу рычага. По шестому варианту исполнения движителя подошвы башмаков образованы прикрепленной к ним кольцевой эластичной лентой, имеющей прогиб между ними. For this, a wheel-walking propulsion device comprising a hub mounted on the shaft and at least two support shoes located symmetrically with respect to the center, each of which is pivotally connected to two levers, has a number of levers equal to the number of support shoes, the first lever being connected at one end to the rear part in the direction of rotation of the mover of the first shoe, the other end with the front of the subsequent shoe, the rear of which is pivotally connected to one end of the subsequent lever, the other end of which is a ball it is connected with the front part of the subsequent shoe, and the levers are mounted with the middle part on the hub with the possibility of rotation in the plane of rotation of the mover by means of hinges placed on the hub evenly around the circumference, moreover, the hinges on each shoe are equidistant from its ends, and the distance between them is less than the distance between the hinges on the hub connecting the levers connected to the shoe. In addition, at least one lever is made with the possibility of translational unidirectional movement of its ends relative to the hub. According to the first embodiment, the middle hinge of this lever is mounted movably in the radial direction of the hub; according to the second embodiment, it is made elastic in the plane of rotation of the propulsion device; according to the third embodiment, it is made in the form of an articulated two-link link, the links of which are mounted at one end with the possibility of rotation on the axis of the hub, according to the fifth variant, this lever, made according to the first embodiment, is spring-loaded with an elastic linear element mounted radially on the hub, one end of which is placed in its groove, the other in the groove of the lever. According to the sixth embodiment, the motive sole of the shoes are formed by an annular elastic tape attached to them having a deflection between them.

Преимущество предлагаемого устройства заключается в том, что благодаря трапециевидной шарнирной связи каждого башмака со ступицей, где большим основанием трапеции является ступица, а меньшим башмак, вращающий момент от приводного вала распределяется в заданном соотношении между всеми башмаками. В сочетании с наличием консолей на каждом башмаке (т.е. концов, выступающих за пределы шарниров, связывающих его с рычагами), движитель реализует колесно-шагающий ход, эффективный по проходимости и плавности при движении по ступенькам и бездорожью, без специальных дифференциальных механизмов управления положением башмаков. К тому же, предлагаемый движитель эффективно работает при наличии только двух, установленных диаметрально противоположно, башмаков, двух рычагов и шести шарниров, т.е. имеет на десять пар трения меньше, а значит выше КПД в сравнении с прототипом и преодолевает (как показали сравнительные испытания) ступеньки большей высоты. Использование подпружиненного рычага или выполнение его упругим позволяет получить дополнительный эффект: стабилизировать момент сопротивления шаговой фазе движения, уменьшив максимальное его значение в начальный период, что снижает крутящий момент, необходимый для движения, т.е. позволяет использовать привод меньшей мощности. Использование в качестве подошвы башмаков кольцевой эластичной ленты упрощает технологию изготовления и замены изношенных протекторов, увеличивает площадь контакта, а значит снижает глубину колеи при движении по слабонесущим поверхностям, к тому же защищает механизм от попадания в межрычажное пространство и заклинивания посторонними предметами (комки грунта, ветки, мусор) при движении по неподготовленным поверхностям. The advantage of the proposed device is that due to the trapezoidal articulation of each shoe with the hub, where the hub is the large base of the trapezoid and the shoe is smaller, the torque from the drive shaft is distributed in a predetermined ratio between all the shoes. In combination with the presence of consoles on each shoe (i.e., the ends protruding beyond the hinges connecting it with the levers), the mover implements a wheeled-walking stroke, effective in cross-country ability and smoothness when moving along steps and off-road, without special differential control mechanisms the position of the shoes. In addition, the proposed propulsion device works effectively if there are only two shoes mounted diametrically opposite, two levers and six hinges, i.e. It has ten pairs of friction less, which means higher efficiency in comparison with the prototype and overcomes (as comparative tests showed) steps of greater height. Using a spring-loaded lever or making it elastic allows you to get an additional effect: to stabilize the moment of resistance of the step phase of movement, reducing its maximum value in the initial period, which reduces the torque required for movement, i.e. allows the use of a lower power drive. Using ring elastic bands as the sole of the shoes simplifies the technology of manufacturing and replacing worn protectors, increases the contact area, and therefore reduces the depth of the track when moving on weakly bearing surfaces, and also protects the mechanism from getting into the inter-link space and jamming with foreign objects (soil lumps, branches trash) when driving on unprepared surfaces.

На фиг. 1 изображен движитель, вид сбоку; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 пример выполнения подошвы опорных башмаков; на фиг.4 вариант установки рычага на ступице; на фиг. 5 разрез Б-Б на фиг.4; на фиг.6 вариант движителя с двумя опорными башмаками; на фиг.7 выполнение рычага движителя; на фиг.8 сечение В-В на фиг.7; на фиг.9 схема движения по плоскости устройства с тремя опорными башмаками; на фиг.10 схема движения по плоскости устройства с двумя опорными башмаками; на фиг.11 схема движения устройства с тремя опорными башмаками по лестнице; на фиг.12 схема движения устройства с двумя опорными башмаками по лестнице; на фиг.13-15 фотофрагменты лабораторных испытаний движителя с тремя опорными башмаками; на фиг.16-18 фотофрагменты лабораторных испытаний движителя с двумя опорными башмаками. In FIG. 1 shows a mover, side view; figure 2 section aa in figure 1; figure 3 an example of the sole of the support shoes; in Fig.4 an installation option of the lever on the hub; in FIG. 5 section BB in FIG. 4; in Fig.6 version of the mover with two support shoes; Fig.7 execution of the lever of the propulsion; on Fig.8 section bb in Fig.7; Fig.9 diagram of the movement along the plane of the device with three support shoes; figure 10 diagram of the movement along the plane of the device with two support shoes; figure 11 diagram of the movement of the device with three supporting shoes on the stairs; on Fig motion scheme of the device with two support shoes on the stairs; in Fig.13-15 photofragments of laboratory tests of the propulsion with three support shoes; in Fig.16-18 photofragments of laboratory tests of the propulsion device with two support shoes.

Колесно-шагающий движитель содержит (фиг.1 и 2) закрепленную на ведущем валу 1 ступицу 2, на которой симметрично относительно центра, т.е. по окружности через 120^о, размещены шарниры 3-5, связывающие ступицу 2 со средними частями двуплечих рычагов 6-8, причем ось шарнира 3 размещена в радиальном пазу 9 ступицы, а угол поворота рычагов относительно ступицы 2 ограничен высотой ее проушин. Правый конец рычага 6 связан шарниром 10 с передней частью (при вращении движителя на фиг.1 против часовой стрелки) башмака 11, а левый конец с задней частью башмака 13, рычаг 7 концами связан с задней частью башмака 11 и передней частью 12, а рычаг 8 аналогично связан концами с башмаками 12 и 13. Расстояние между шарнирами на каждом башмаке, например на башмаке 12, меньше расстояния между шарнирами на ступице 2, в частности между шарнирами 4 и 5, т.е. каждый башмак связан со ступицей шарнирной равнобокой трапецией с образованием тупых углов α с примыкающими к ним рычагами. Кроме того, расстояние между шарнирами башмака меньше его длины, а установлены они симметрично относительно середины башмака. На примере исполнения по фиг.1 расстояние между шарнирами 10 равно 1/3 длины башмака. Каждый башмак снабжен подошвой с протектором, а вариант исполнения подошвы по фиг.3 предусматривает использование кольцевой эластичной ленты 14 с протектором, длина которой обеспечивает свободный прогиб в радиальном направлении к центру движителя. Для корректировки момента сопротивления шаганию движитель снабжен упругим элементом, который по фиг. 4 и 5 выполнен в виде рессоры 15, одним концом установленной в пазу ступицы 2, а другим в пазу рычага 6, ось шарнира которого размещена в пазу 9 ступицы. По варианту исполнения, показанному на фиг. 6, упругим элементом является рычаг 16, при этом оба шарнира ступицы 2 обеспечивают рычагам только вращательную степень свободы. Вариант исполнения рычага (фиг.7 и 8) в виде шарнирного двухзвенника, составленного из звеньев 17 и 18, исключает, как и по фиг.6, необходимость использования дополнительной степени свободы шарнира 3 посредством паза 9, показанного на фиг.1. Подвижность шарнира 3 в пазу 9 (фиг.1,2); использование одного упругого рычага 16 (фиг. 6); выполнение одного рычага двухзвенным (фиг.7,8) это технические эквиваленты, обеспечивающие возможность поступательного однонаправленного движения концов по меньшей мере одного рычага относительно ступицы. Поэтому в первый пункт формулы и введено это обобщающее понятие признак, обуславливающий возможность синхронного поворота рычагов относительно среднего положения, показанного на фиг.1 и 6. Необходимость этого признака наглядно поясняет средняя схема на фиг.10. При неизменном расстоянии b между шарнирами 10 опорных башмаков 11 и 12 и жестких рычагах движителя поворот звеньев из пунктирного положения в положение средней схемы возможно лишь при уменьшении расстояния с между шарнирами ступицы 2, так как уменьшается до значения b₁ расстояние между осями, соединяющими шарниры 10 звеньев 11 и 12. Эта особенность предлагаемого движителя характерна для движителей с любым количеством опорных башмаков, поэтому поворот рычагов 6-8 на шарнирах 3-5 (фиг. 1), а значит и поворот опорных башмаков относительно центрально-симметричного положения на фиг.1 реализуется только при наличии возможности однонаправленного движения концов хотя бы одного рычага, компенсирующего изменение упомянутого расстояния b₁. Поворот каждого опорного башмака на шарнирах 10 реализуется в пределах ограничения: угол α между плоскостью башмака и осями рычагов, связанных с ним, не должен быть меньше 90^о, с учетом чего подбирается и необходимый угол поворота каждого рычага в проушинах на ступице.The wheel-walking propeller contains (Figs. 1 and 2) a hub 2 fixed to the drive shaft 1, on which it is symmetrical with respect to the center, i.e. around a circle through 120 ^° , hinges 3-5 are placed connecting the hub 2 with the middle parts of the two-arm levers 6-8, the axis of the hinge 3 being placed in the radial groove 9 of the hub, and the angle of rotation of the levers relative to the hub 2 is limited by the height of its eyes. The right end of the lever 6 is connected by a hinge 10 with the front part (when the thruster is rotated in FIG. 1 counterclockwise) of the shoe 11, and the left end with the back of the shoe 13, the lever 7 is connected by ends to the back of the shoe 11 and the front part 12, and the lever 8 is likewise connected by the ends to the shoes 12 and 13. The distance between the hinges on each shoe, for example on the shoe 12, is less than the distance between the hinges on the hub 2, in particular between the hinges 4 and 5, i.e. each shoe is connected to the hub by a hinged isosceles trapezoid with the formation of obtuse angles α with adjacent levers. In addition, the distance between the hinges of the shoe is less than its length, and they are installed symmetrically relative to the middle of the shoe. In the embodiment of FIG. 1, the distance between the hinges 10 is 1/3 of the length of the shoe. Each shoe is equipped with a sole with a tread, and the sole embodiment of FIG. 3 provides for the use of an annular elastic band 14 with a tread, the length of which provides free deflection in the radial direction to the center of the mover. To adjust the moment of resistance to walking, the propulsion device is provided with an elastic element, which, according to FIG. 4 and 5 are made in the form of a spring 15, with one end installed in the groove of the hub 2, and the other in the groove of the lever 6, the hinge axis of which is placed in the groove 9 of the hub. According to the embodiment shown in FIG. 6, the elastic element is a lever 16, while both hinges of the hub 2 provide the levers with only a rotational degree of freedom. The embodiment of the lever (Figs. 7 and 8) in the form of a hinged double link made up of links 17 and 18 eliminates, as in Fig. 6, the need to use an additional degree of freedom of the hinge 3 by means of the groove 9 shown in Fig. 1. The mobility of the hinge 3 in the groove 9 (Fig.1,2); the use of one elastic lever 16 (Fig. 6); the execution of one lever by a two-link (Fig. 7.8) is the technical equivalents that provide the possibility of translational unidirectional movement of the ends of at least one lever relative to the hub. Therefore, in the first paragraph of the formula, this generalizing concept has been introduced, which makes it possible to synchronously turn the levers relative to the middle position shown in Figs. 1 and 6. The need for this feature is clearly illustrated by the middle circuit in Fig. 10. With a constant distance b between the hinges 10 of the support shoes 11 and 12 and the rigid levers of the mover, turning the links from the dotted position to the middle position is possible only when the distance c between the hinges of the hub 2 decreases, since the distance between the axes connecting the hinges 10 decreases to b ₁ links 11 and 12. This feature of the proposed mover is typical for movers with any number of support shoes, so the rotation of the levers 6-8 on hinges 3-5 (Fig. 1), and hence the rotation of the support shoes relative to the central the symmetric position in figure 1 is realized only if there is the possibility of unidirectional movement of the ends of at least one lever, compensating for the change in the mentioned distance b ₁ . The rotation of each supporting shoe on the hinges 10 is carried out within the limits of: the angle α between the plane of the shoe and the axes of the levers associated with it should not be less than 90 ^about , taking into account which the necessary angle of rotation of each lever in the eyes on the hub is selected.

Движитель работает следующим образом. The mover operates as follows.

На фиг. 10, слева, показана сплошными линиями схема сил, действующих на движитель с минимальным числом опорных башмаков и без упругого элемента в схеме. Сила P_z, действующая на ведущий вал со стороны транспортного средства, раскладывается на две равные составляющие Р_z1/Р_z2, действующие со стороны ступицы 2 соответственно на левый и правый рычаги. При этом к левому рычагу приложен момент относительно шарнира 10, направленный против часовой стрелки: М_с1=Р_z1˙l₁, который фиксирует рычаг в крайнем левом положении. При подведении к ступице 2 от вала вращающего момента М_В, составляющая Р_В1 окружной силы Р_В, действующей на левый рычаг со стороны ступицы, дает момент относительно шарнира 10: М_В1=Р_В1˙l₁, направленный по часовой стрелке. Если сила Р_В1 больше Р_z1, то момент М_В1 начнет вращать левый рычаг относительно шарнира 10 по часовой стрелке, перемещая ступицу 2 и башмак 11 вправо относительно неподвижного нижнего башмака 12. При этом отрыву от опорной поверхности левого конца башмака 12 препятствует момент М_с2=Р_z2˙l₃, направленный против часовой стрелки и превышающий противоположный по направлению момент М_В2= Р_В2˙l₄ ввиду малости силы Р_В2 (составляющей Р_В), направленной вдоль нижней части левого рычага. По мере преобразования движителя в форму, показанную пунктирными линиями, угол α увеличивается в пределах тупого, а значит повышается и момент силы Р_z2 относительно правого шарнира башмака 12, вращающий правый рычаг также по часовой стрелке. В итоге движитель примет форму по средней схеме фиг.10, т.е. реализует шаговую фазу движения, при этом длина шага определится углом поворота рычагов на ступице. В этом положении момент сопротивления качению М_ск=Р_z˙l_с (в масштабе схем фиг.10) в три раза снизился за счет уменьшения плеча l_с относительно левой схемы и движитель, сохранив эту форму, перекатится под действием вращающего момента со стороны ведущего вала в положение, показанное на левой схеме, т.е. установится с опорой на концы башмаков. В данном положении момент сопротивления качению М_ск=Р_z˙l_с значительно больше момента сопротивления шаганию М_сш=Р_z˙l_ш, поэтому движитель под действием моментов М от сил, направленных вдоль верхнего рычага и являющихся составляющими окружной вращающей силы Р_В, повернет по часовой стрелке башмаки 11 и 12 относительно нижних шарниров, т.е. реализует шаговую составляющую движения в пределах углов поворота рычагов на ступице, после чего повторится фаза качения. Таким образом, трапециевидная двухрычажная связь каждого опорного башмака со ступицей и наличие концов, выступающих за предел межшарнирного расстояния (например, конец l₃ на левой схеме фиг.10) обеспечивают колесно-шагающий режим движения, который сопровождается периодическим выносом вперед (по ходу движения) конца башмака, не взаимодействующего с опорной поверхностью, что обуславливает возможность преодоления движителем ступенчатого выступа. При использовании в устройстве упругого элемента, выполненного по фиг.4 или 6, работа, связанная с перемещением ступицы относительно опорного башмака в шаговой фазе, уменьшается в начальный период и увеличивается в конечный, что позволяет уменьшить максимальную величину вращающего момента М_В, необходимого для начала шага. В частности, при переходе движителя (фиг.10) из левого положения в положение пунктирного контура, работа сдеформированного в предыдующей фазе движения упругого элемента будет направлена на восстановление центросимметричной формы, что обусловит меньшее значение силы Р_В1, а значит и вращающего момента М_В, необходимого для реализации шага в пределах левой схемы. При дальнейшем движении (переход к средней схеме фиг.10) вращать рычаги по часовой стрелке будет также и момент от вертикальной силы Р_z, который компенсирует момент сопротивления изменению формы движителя, задаваемый жесткостью упругого элемента. Подъем по лестнице движитель также осуществляет последовательной реализацией колесной и шагающей фаз движения. Схема преодоления ступеньки движителем с двумя опорными башмаками показана на фиг.12, из которой следует, что при реализации шага приводной вал по пологой траектории существенно приближается к выступу, уменьшая плечо момента сопротивления качению до значения l_с, после чего в фазе качения поднимается на ступеньку с опорой на башмак, выделенный двойной линией. Описанный характер движения подтверждают фотографии движения лабораторного образца (фиг.16), полученные при открытом затворе камеры и пульсирующим освещении (фиг.17 и 18).In FIG. 10, on the left, the solid lines show a diagram of the forces acting on the mover with a minimum number of support shoes and without an elastic element in the circuit. The force P _z acting on the drive shaft from the side of the vehicle is decomposed into two equal components P _z1 / P _z2 acting from the hub 2 on the left and right levers, respectively. In this case, a moment is applied to the left lever relative to the hinge 10, directed counterclockwise: M _c1 = P _z1 ˙l ₁ , which fixes the lever in the extreme left position. When bringing to the hub 2 from the shaft of the torque M _B , the component P _{B1 of the} circumferential force P _B acting on the left lever from the side of the hub gives a moment relative to the hinge 10: M _B1 = P _B1 ˙l ₁ , clockwise. If the force P _{B1 is} greater than P _z1 , then the moment M _B1 will begin to rotate the left lever relative to the hinge 10 clockwise, moving the hub 2 and shoe 11 to the right relative to the stationary lower shoe 12. At the same time, the moment M _c2 prevents separation from the supporting surface of the left end of the shoe 12. = P _z2 ˙l ₃ , directed counterclockwise and exceeding the opposite moment M _B2 = P _B2 ˙l ₄ due to the small force P _B2 (component P _B ), directed along the lower part of the left lever. As the mover is converted to the shape shown by dashed lines, the angle α increases within a blunt angle, which means that the moment of force P _z2 increases relative to the right hinge of shoe 12, which rotates the right lever also clockwise. As a result, the mover will take the form according to the middle scheme of FIG. 10, i.e. implements the step phase of movement, while the step length is determined by the angle of rotation of the levers on the hub. In this position, the moment of rolling resistance M _ck = P _z ˙ l _s (on the scale of the diagrams of Fig. 10) is three times reduced due to the reduction of the shoulder l _s relative to the left circuit and the propeller, retaining this shape, will roll under the action of torque from the leading shaft to the position shown in the left diagram, i.e. set based on the ends of the shoes. In this position, the rolling resistance moment M = F _{c *} _z ˙l _with considerably greater torque resistance pacing M _cw = P _z ˙l _br, however under the action of mover moments M of forces directed along the upper arm and is a component of circumferential rotation force F _B, rotates the shoes 11 and 12 clockwise relative to the lower hinges, i.e. implements the step component of the movement within the angle of rotation of the levers on the hub, after which the rolling phase will be repeated. Thus, the trapezoidal double-lever connection of each support shoe with the hub and the presence of ends protruding beyond the joint distance (for example, the end l ₃ in the left diagram of Fig. 10) provide a wheel-walking mode of movement, which is accompanied by periodic forward movement (in the direction of travel) the end of the shoe, not interacting with the supporting surface, which makes it possible to overcome the mover stepped protrusion. When using in the device an elastic element made according to Figs. 4 or 6, the work associated with moving the hub relative to the support shoe in the stepping phase decreases in the initial period and increases in the final one, which allows to reduce the maximum torque M _B necessary to start step. In particular, when the mover (Fig. 10) moves from the left position to the dotted contour position, the work of the elastic element deformed in the previous phase of movement will be aimed at restoring the centrosymmetric shape, which will result in a lower value of the force P _B1 , and hence the torque M _B , necessary to implement the step within the left scheme. With further movement (transition to the middle scheme of FIG. 10), the moment from the vertical force P _z will also rotate the levers clockwise, which compensates for the moment of resistance to the change in the shape of the mover, given by the stiffness of the elastic element. The mover also carries out the climbing stairs by the consistent implementation of the wheeled and walking phases of movement. A diagram of overcoming a step with a mover with two support shoes is shown in Fig. 12, from which it follows that when a step is implemented, the drive shaft along a gentle path substantially approaches the protrusion, reducing the shoulder of the moment of rolling resistance to l _s , and then rises to the step in the rolling phase with support on the shoe, highlighted by a double line. The described nature of the movement is confirmed by photographs of the movement of the laboratory sample (Fig. 16) obtained with the camera shutter open and pulsating lighting (Figs. 17 and 18).

На основании результатов лабораторных испытаний движителей с двумя, тремя и четырьмя опорными башмаками можно заключить, что лучшим вариантом осуществления является трехопорный движитель по фиг.1 как с радиальным пазом в ступице, так и при выполнении одного рычага упругим. В частности, его движение по горизонтальной поверхности характеризуется минимальными вертикальными колебаниями приводного вала (фиг.9 и 15), причем чередование фаз по фиг.9 реализуется во всем диапазоне нагрузок на тяговом крюке, включая режим полного буксования. Ввиду аналогичности рабочих процессов устройств по фиг. 10 и 9 трехопорный движитель в этом плане не комментируется. Based on the results of laboratory tests of propulsion devices with two, three and four support shoes, it can be concluded that the best embodiment is the three-support propulsion device of FIG. 1 both with a radial groove in the hub and when one lever is elastic. In particular, its movement on a horizontal surface is characterized by minimal vertical vibrations of the drive shaft (Fig.9 and 15), and the phase rotation in Fig.9 is implemented in the entire range of loads on the towing hook, including the full slip mode. In view of the similarity of the working processes of the devices of FIG. 10 and 9, the three-support mover is not commented on in this regard.

Испытания устройства с тремя башмаками и кольцевой подошвой по фиг.3 показали, что последняя не ухудшает проходимость на лестничных маршах (характер движения полностью соответствовал фиг.11 и 14), но значительно повышает сцепные свойства и проходимость при движении по сыпучим и болотистым поверхностям. Tests of the device with three shoes and an annular sole according to Fig. 3 showed that the latter does not impair the patency of the flights of stairs (the nature of the movement fully corresponded to Figs. 11 and 14), but significantly improves the grip and patency when moving along loose and marshy surfaces.

Предлагаемое изобретение наилучшим образом может быть использовано для передвижения по лестницам и пороговым препятствиям инвалидных колясок и кресел, включая возможность хода по неблагоустроенным площадкам у подъездов зданий, а также грузовых тележек при обслуживании многоэтажных помещений, не имеющих подъемников. The present invention can best be used to move on stairs and threshold obstacles of wheelchairs and chairs, including the ability to move on undeveloped areas at the entrances of buildings, as well as freight carts when servicing multi-storey buildings that do not have lifts.

Claims

1. WHEEL-STEPPING ENGINE, comprising a hub mounted on the shaft and at least two support shoes located symmetrically relative to its center, each of which is pivotally connected to two levers, characterized in that the number of levers is equal to the number of support shoes, the first lever at one end connected to the rear part in the direction of rotation of the mover, the first shoe, the other end to the front of the subsequent shoe, the back of which is pivotally connected to one end of the subsequent lever, the other end of which it is pivotally connected to the front of the subsequent shoe, and the levers are mounted with the middle part on the hub with the possibility of rotation in the plane of rotation of the propulsion device through hinges placed on the hub evenly around the circumference, the hinges on each shoe are equidistant from its ends, and the distance between them is less than the distance between the hinges on the hub, connecting levers connected to the shoe, and at least one lever is mounted with the possibility of translational unidirectional movement of its ends relative to upits.

2. The mover according to claim 1, characterized in that for the translational unidirectional movement of the ends of the lever, the hinge of its attachment to the hub is mounted movably in the radial direction relative to the hub.

3. The mover according to claim 1, characterized in that for the translational unidirectional movement of the ends of the lever, the latter is made elastic in the plane of rotation of the mover.

4. The mover according to claim 1, characterized in that for the translational unidirectional movement of the ends of the lever, the latter is made in the form of a hinged two-link link, the links of which are installed at one end with the possibility of rotation on the axis of the hinge of its attachment to the hub.

5. The mover under item 2, characterized in that it is equipped with an elastic linear element mounted radially on the hub, one end of which is placed in its groove, the other in the groove of the lever.

6. The mover according to claim 1, characterized in that the soles of the shoes are formed by an annular elastic tape attached to them, having a deflection between the shoes.