RU2675742C1 - Method of movement on crossed terrain and device for its implementation - Google Patents
Method of movement on crossed terrain and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2675742C1 RU2675742C1 RU2017137450A RU2017137450A RU2675742C1 RU 2675742 C1 RU2675742 C1 RU 2675742C1 RU 2017137450 A RU2017137450 A RU 2017137450A RU 2017137450 A RU2017137450 A RU 2017137450A RU 2675742 C1 RU2675742 C1 RU 2675742C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flywheel
- drive
- cylinders
- pneumatic
- movement
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
Abstract
Description
Способ передвижения по пересеченной местности отличающийся тем, что перемещение аппарата осуществляется отдельными или непрерывно следующими друг за другом прыжками. В отличии от квадроциклов, снегоходов и других внедорожников, прокладывающих по местности непрерывную колею, по заявляемому способу движение осуществляется прыжками, от точки к точке.The method of movement over rough terrain, characterized in that the movement of the apparatus is carried out by separate or continuously following each other jumps. Unlike ATVs, snowmobiles and other SUVs, laying a continuous track on the terrain, according to the claimed method, the movement is carried out by jumps, from point to point.
Способ отличается тем, что аппарат подбрасывается с помощью двух приводных пневматических цилиндров. Цилиндры, расположенные по сторонам аппарата обеспечивают ему стабильность во фронтальной плоскости (b) (смотри рисунок), в то же время позволяют выбирать необходимый угол для прыжка в вертикальной курсовой плоскости (с). При подаче сжатого воздуха в цилиндры поршни выталкивают аппарат в выбранном направлении и остаются в выдвинутом положении в течении всего времени полета.The method is characterized in that the apparatus is thrown using two pneumatic drive cylinders. Cylinders located on the sides of the device provide it stability in the frontal plane (b) (see the figure), at the same time they allow you to choose the desired angle for jumping in the vertical directional plane (c). When compressed air is supplied to the cylinders, the pistons push the apparatus in the selected direction and remain in the extended position during the entire flight time.
Способ отличается тем, что энергия, затрачиваемая на подбрасывание аппарата в основном возвращается при его приземлении. При касании земли поршни силой инерции аппарата вдвигаются обратно в поршни, равномерно гася скорость аппарата. При этом сжатый воздух возвращается обратно в ресивер. Незначительные потери компенсируются работающим компрессором.The method is characterized in that the energy expended on the tossing of the apparatus mainly returns when it lands. When the ground touches the pistons, the inertia force of the apparatus moves back into the pistons, uniformly damping the speed of the apparatus. In this case, the compressed air returns back to the receiver. Minor losses are compensated by a running compressor.
Способ отличается тем, что ориентация и стабилизация аппарата в пространстве осуществляется с помощью гиродина - маховика с приводом. После того, как аппарат вытолкнут приводными пневматическими цилиндрами вверх и вперед (назад), его необходимо за время полета развернуть навстречу приближающейся земле. Это можно сделать, изменяя скорость вращения маховика. Аппарат в полете является свободной системой и по законам механики он должен сохранять свой момент импульса (количество вращательного движения). Когда привод прикладывает вращающий момент к маховику, тот начинает раскручиваться. Одновременно момент сил той же величины, но противоположного направления прикладывается к корпусу аппарата относительно той же оси, вокруг которой вращается маховик. Корпус начинает медленно поворачиваться, постепенно ускоряясь. Если теперь привод отключить от источника энергии, маховик будет вращаться равномерно, а корпус аппарата будет также равномерно поворачиваться в пространстве. Чтобы его остановить, привод должен воздействовать на маховик в обратном направлении. Так работают гиродины на спутниках в космосе, они часто управляют ориентацией по трем пространственным осям. В данном случае нужен мощный одноосевой гиродин, способный энергично развернуть пятисот килограммовый аппарат в нужном направлении.The method is characterized in that the orientation and stabilization of the apparatus in space is carried out using a gyrodin — a flywheel with a drive. After the device is pushed up by the driving pneumatic cylinders up and forward (back), it is necessary to deploy it during the flight towards the approaching earth. This can be done by changing the speed of rotation of the flywheel. The device in flight is a free system and, according to the laws of mechanics, it must retain its angular momentum (the amount of rotational motion). When the drive applies torque to the flywheel, it begins to spin. At the same time, the moment of forces of the same magnitude, but of the opposite direction, is applied to the apparatus body relative to the same axis around which the flywheel rotates. The body begins to turn slowly, gradually accelerating. If the drive is now disconnected from the energy source, the flywheel will rotate evenly, and the body of the apparatus will also rotate evenly in space. To stop it, the drive must act on the flywheel in the opposite direction. So gyrodines work on satellites in space, they often control the orientation along three spatial axes. In this case, we need a powerful uniaxial gyrodine capable of energetically deploying a five hundred kilogram apparatus in the right direction.
Способ отличается тем, что ось маховика расположена горизонтально и перпендикулярно направлению движения, а главной функцией гиродина является разворачивание аппарата в вертикальной курсовой плоскости в процессе выполнения прыжка. Как видно из рисунка ось маховика расположена во фронтальной плоскости (b) параллельно земле, а сам маховик вращается в вертикальной курсовой плоскости (с). Когда готовый к работе аппарат стоит на опорных площадках, его равновесие поддерживается попеременным закручиванием маховика в ту или обратную сторону. Так, когда корпус начинает заваливаться вперед, маховик также закручивается вперед, аппарат отклоняется назад, переходя положение равновесия. При необходимости совершить прыжок вперед маховик получает от привода резкий кинетический момент назад, корпус отклоняется вперед на нужный угол, подается сжатый воздух в цилиндры, аппарат подпрыгивает. Сразу после отрыва от земли необходимо совершить противоположный маневр (кинетический момент вперед), чтобы развернуть аппарат навстречу точки приземления. Если совершается единичный прыжок, то инерции последней закрутки корпуса аппарата достаточно, чтобы остановиться на опорных площадках вблизи точки равновесия. Если предполагается непрерывное движение вперед прыжками, то в момент касания опорами земли гиродин снова отрабатывает назад и к моменту полного гашения аппаратом вертикальной составляющей скорости, он оказывает повернутым вперед для следующего прыжка.The method is characterized in that the flywheel axis is horizontally and perpendicular to the direction of movement, and the main function of the gyrodin is to deploy the apparatus in a vertical directional plane during the jump. As can be seen from the figure, the axis of the flywheel is located in the frontal plane (b) parallel to the ground, and the flywheel itself rotates in the vertical directional plane (c). When the device, ready for operation, stands on supporting platforms, its balance is maintained by alternately twisting the flywheel in one direction or the other. So, when the body begins to fall forward, the flywheel also spins forward, the device deviates backward, moving to the equilibrium position. If it is necessary to jump forward, the flywheel receives a sharp kinetic moment back from the drive, the body deviates forward by the desired angle, compressed air is supplied to the cylinders, and the device bounces. Immediately after taking off from the ground, it is necessary to perform the opposite maneuver (kinetic moment forward) in order to deploy the apparatus towards the touchdown point. If a single jump is made, then the inertia of the last twist of the apparatus body is enough to stop at the reference sites near the equilibrium point. If continuous movement forward by jumps is assumed, then at the moment the supports touch the ground, the gyrodine again works backwards and by the time the apparatus completely extinguishes the vertical component of the speed, it renders turned forward for the next jump.
Способ отличается тем, что поворот аппарата по курсу осуществляется силами прецессии маховика, для возникновения которых в приводных пневматических цилиндрах целенаправленно создается разница в давлении. Пока аппарат перемещается прыжками вперед курс его движения остается постоянным. Для поворота, например, вправо нужно, чтобы при очередном приземлении левая опора приземлилась немного дальше, чем правая, тогда следующий прыжок будет выполнен с изменением курса. Для этого аппарат в воздухе необходимо немного развернуть вправо. Использовать для этого второй гиродин нецелесообразно. Настоящий способ предлагает задействовать силу прецессии уже имеющегося маховика, которая возникнет при попытке повернуть корпус аппарата во фронтальной плоскости (b). Если создать при прыжке в левом цилиндре несколько большее давление, чем в правом, то в момент прыжка к аппарату будет приложен момент вращения по часовой стрелке. Воздействуя на вращающейся маховик, этот момент по законам прецессии вызовет момент, разворачивающий корпус аппарата вправо. Так велосипед, переднее колесо которого ведет себя как маховик, самопроизвольно поворачивает руль в сторону наклона корпуса.The method is characterized in that the apparatus is rotated in the course by the flywheel precession forces, for the occurrence of which a pressure difference is deliberately created in the pneumatic drive cylinders. While the apparatus is moving forward, its course of movement remains constant. To turn, for example, to the right, it is necessary that the next landing the left support should land a little further than the right, then the next jump will be performed with a change in course. For this, the device in the air needs to be slightly turned to the right. Use for this second gyrodine impractical. The present method proposes to use the precession force of an existing flywheel, which occurs when you try to rotate the apparatus body in the frontal plane (b). If you create a little more pressure when jumping in the left cylinder than in the right, then at the time of the jump, the clockwise rotation moment will be applied to the device. Acting on a rotating flywheel, this moment according to the laws of precession will cause a moment that turns the body of the apparatus to the right. So a bicycle, the front wheel of which behaves like a flywheel, spontaneously turns the steering wheel in the direction of the tilt of the body.
Способ отличается тем, что процесс выполнения прыжка полностью автоматизируется за счет того, что управление гиродином и приводными цилиндрами осуществляется контроллером в соответствии с заданным алгоритмом. Процесс управления аппаратом динамичен, а результатом ошибки при ручном управлении является падение, поэтому передача рутинных операций по контролю за параметрами, состоянием оборудования, а также само воздействие на него целесообразно передать контроллеру.The method is characterized in that the jump execution process is fully automated due to the fact that the gyrodynamic and drive cylinders are controlled by the controller in accordance with a predetermined algorithm. The control process of the device is dynamic, and the result of an error with manual control is a fall, so the transfer of routine operations to control the parameters, condition of the equipment, as well as the effect on it, is advisable to transfer to the controller.
Способ отличается тем, что алгоритм работы контроллера учитывает задаваемый оператором режим движения, результат взаимодействия опорных площадок с грунтом при отталкивании и приземлении аппарата и другие случайные воздействия на аппарат. Оператор выбирает режим движения: одиночный прыжок или непрерывное перемещение прыжками, скорость перемещения или соответственно угол, под которым совершаются прыжки, силу отталкивания и соответственно высоту прыжков, также определяющую скорость перемещения, направление поворота или курс, которым перемещается аппарат. На пересеченной местности грунт имеет ограниченную несущую способность, при резком отталкивании тяжелого аппарата от поверхности земли часть энергии, предназначенной для подбрасывания аппарата, теряется на уплотнение грунта. Это приводит к изменению угла отрыва и снижению высоты подъема аппарата, эти случайные помехи также должен учитывать и компенсировать контроллер через воздействия на исполнительные органы.The method is characterized in that the controller operation algorithm takes into account the movement mode set by the operator, the result of the interaction between the bearing pads and the ground during repulsion and landing of the apparatus and other random influences on the apparatus. The operator selects the mode of movement: a single jump or continuous movement by jumps, the speed of movement or, accordingly, the angle at which jumps are made, the repulsive force and, accordingly, the height of the jumps, which also determines the speed of movement, the direction of rotation or the course with which the device moves. On rough terrain, the soil has a limited bearing capacity, with a sharp repulsion of a heavy apparatus from the surface of the earth, part of the energy intended to toss the apparatus is lost on compaction of the soil. This leads to a change in the separation angle and a decrease in the lifting height of the apparatus; these random interference should also be taken into account and compensated by the controller through actions on the executive bodies.
Описывается один из вариантов устройства, позволяющего реализовать способ передвижения по пересеченной местности. Устройство, схема которого показана на фиг. 1, состоит из корпуса (1) с жестко закрепленными на нем приводными пневматическими цилиндрами (2). Корпус (1) выполнен в виде корзины, в которой располагается оператор, его багаж и все необходимое оборудование аппарата. При совершении прыжка усилие на корпус передается через эти два цилиндра (2), жестко закрепленные по сторонам корпуса.One of the variants of the device that allows you to implement a method of movement over rough terrain is described. The device whose circuit is shown in FIG. 1, consists of a housing (1) with drive pneumatic cylinders rigidly fixed on it (2). Case (1) is made in the form of a basket in which the operator, his luggage and all the necessary equipment of the device are located. When a jump is made, the force is transmitted to the body through these two cylinders (2), which are rigidly fixed on the sides of the body.
Устройство по п. 9, отличающееся тем, что приводные пневматические цилиндры (2) присоединен к ресиверам высокого (12) и низкого (13) давления через регулирующую арматуру (18). Регулирующая арматура (18) включает в себя электрически управляемый клапан подачи сжатого воздуха. При открытии клапана воздух поступает из ресивера высокого давления (12) в цилиндры (2), поршни (5) выталкиваются и аппарат совершает прыжок. Клапан имеет управляемую пропускную способность, поэтому давление в цилиндрах (2) может варьироваться в зависимости от заданной оператором высоты прыжков. При приземлении аппарата поршни (5) силой инерции вдвигаются в цилиндры (2), давление воздуха повышается до давления в ресивере (12) и воздух через обратный клапан, входящий в состав регулирующей арматуры (18), возвращается в ресивер (12). При этом энергия, затраченная на подбрасывание аппарата, в основном возвращается, преобразуясь в энергию сжатого воздуха. Вследствие потерь, в частности на уплотнение грунта на площадках отталкивания, поршни (5) не доходят до конца, и в момент их остановки открывается второй обратный клапан, также входящий в состав регулирующей арматуры (18), и часть сжатого воздуха из цилиндров (2) перепускается в ресивер низкого давления (13).A device according to
Устройство по п. 9, отличающееся тем, что поршни (5) приводного пневматического цилиндра (2) заканчиваются опорными площадками (6), на которые опирается аппарат при работающем гиродине (7). Опорные площадки имеют выпуклую форму и позволяют распределять значительную нагрузку на грунт, возникающую при прыжке аппарата.The device according to
Устройство по п. 9, отличающееся тем, что компрессор (11) присоединен к ресиверам высокого (12) и низкого (13) давления. Энергия, необходимая для перемещения аппарата запасается в двух ресиверах, сжатый воздух в которые подается от компрессора (11), приводимого от небольшого двигателя внутреннего сгорания (20). Мощность, затрачиваемая на привод компрессора и соответственно на движение аппарата невелика (2-5 кВт), в то время, как в момент прыжка поршни (5), отталкивающие аппарат от земли, развивают мощность в 20-30 раз большую, что возможно благодаря возврату большей части затрачиваемой энергии при приземлении аппарата. Двигатель внутреннего сгорания (20) лишь компенсирует возникающие потери энергии.The device according to
Устройство по п. 9, отличающееся тем, что гиродин (7), состоящий из механически связанных маховика (15) и кулачкового компрессора (14), присоединен к ресиверу низкого давления (13) через регулирующую арматуру кулачкового компрессора (16). Гиродин стабилизирует аппарат в воздухе и на стоянке в режиме готовности. Кроме того, он выполняет резкие и точные движения аппарата при подготовке прыжка, в процессе его выполнения и при приземлении. Гиродин (7) состоит из маховика (15), который связан валом с приводом, в качестве которого используется кулачковый компрессор (16). Кулачковый компрессор это обратимая машина, - при подаче на него сжатого воздуха он превращается в мощный и компактный двигатель, причем в зависимости от того, с какой стороны подается воздух, двигатель ускоряет вращение маховика в ту или другую сторону. Если маховик (15) уже вращается, а устройство подключено к ресиверу (13) со стороны замедления маховика, кулачковый компрессор (14) превращается именно в компрессор. На его выходе давление превышает давление в ресивере и он начинает закачивать наружный воздух в ресивер, превращая кинетическую энергию маховика в энергию сжатого воздуха, такая схема также работает на экономичность аппарата. Одной из особенностей кулачкового компрессора (14) является относительно низкое давление, на котором он работает (не более одного бара). Это обстоятельство обуславливает необходимость использования второго ресивера низкого давления (13). Все необходимые манипуляции по оперативному переключению воздуха выполняет арматура кулачкового компрессора (16) по командам контроллера (4).The device according to
Устройство по п. 9, отличающееся тем, что к ресиверу низкого давления (13) подключены пневматические привода (10) ножек (9), которые поддерживают аппарат при неработающем гиродине (7). Кроме удержания аппарата в неработающем состоянии опора на ножки (9) может потребоваться для «разгрузки» маховика, если его обороты превысят допустимые. Это может произойти в случае однонаправленных посторонних воздействий на корпус, тогда аппарат по команде контроллера на короткое время останавливается, опирается на ножки и снимает излишний момент вращения с маховика.A device according to
Устройство по п. 9, отличающееся тем, что контроллер (4) получает информацию с пульта управления (3), датчика ориентации и акселерометра (19), энкодера гиродина (17), регулирующей арматуры кулачкового компрессора (16), регулирующей арматуры приводных цилиндров (18), обрабатывает ее в соответствии с текущим алгоритмом и осуществляет управляющие воздействия на регулирующую арматуру приводных цилиндров (18), регулирующую арматуру кулачкового компрессора (16) и пневматический привод ножек (10). Все основные компоненты устройства связаны с контроллером, он получает информацию о состоянии подвижных элементов оборудования, значения давления в разных узлах устройства, о скорости вращения маховика через энкодер (17) и о положении в пространстве от датчика (19), в качестве которого используется микромеханический вибрационный гироскоп-акелерометр. Располагая необходимой информацией и руководствуясь командами оператора с пульта управления (3), контроллер в соответствии с алгоритмом работает с узлами всего устройства.The device according to
Существует несколько способов передвижения человека с неудобным для переноски грузом по относительно пересеченной местности, т.е. по территории без дорог или вне дорог. Самый старый и проверенный способ предусматривает использование верховых и вьючных животных, таких как лошади, верблюды, слоны. С появлением компактных двигателей внутреннего сгорания появились устройства, облегчающие такое перемещение. При движении колесного транспорта повышенной проходимости по пересеченной местности ему приходится прокладывать две непрерывные колеи. Это приводит к тому, что на почвах с ограниченной несущей способностью происходит разрушение поверхностного слоя, и возникают проблемы сцепления с грунтом, особенно на локальных подъемах, в заболоченных местах и при преодолении рытвин и канав.There are several ways to move a person with an inconvenient for carrying cargo on a relatively rough terrain, i.e. on the territory without roads or off roads. The oldest and most proven method involves the use of riding and pack animals, such as horses, camels, elephants. With the advent of compact internal combustion engines, devices have emerged to facilitate this movement. When driving wheeled vehicles with cross-country terrain, he has to lay two continuous tracks. This leads to the fact that on soils with limited bearing capacity the surface layer is destroyed, and there are problems of adhesion to the ground, especially at local elevations, in wetlands and when overcoming potholes and ditches.
Применение гусеничных движителей для легких транспортных средств оправдано только в зимний период (снегоходы), в другое время года легкие пластиковые конструкции не работают, забиваясь грязью и мусором. Металлические гусеницы тяжелы и превращают внедорожник в танк или БМП. Использование аппаратов на воздушной подушке, а также транспортных средств с аэродинамическим движителем не возможно, если на местности встречаются сколько-нибудь серьезные препятствия.The use of caterpillar movers for light vehicles is justified only in the winter (snowmobiles), at other times of the year lightweight plastic structures do not work, clogged with dirt and debris. Metal tracks are heavy and turn an SUV into a tank or infantry fighting vehicle. The use of air-cushion devices, as well as vehicles with an aerodynamic propulsion, is not possible if there are any serious obstacles on the ground.
С развитием робототехники открылись новые возможности для создания аппаратов этого класса. Так в США проходит испытания четырехногий робот-мул. Аппарат умеет передвигаться по пересеченной местности, переносить почти 200 килограммов груза, самостоятельно идти за человеком, ложиться и вставать. В России (ВНИИ «Сигнал») также разрабатывается аналогичный робот военного применения - "Рысь".With the development of robotics, new opportunities have opened up for the creation of devices of this class. So in the USA, a four-legged robot mule is being tested. The device can move over rough terrain, carry almost 200 kilograms of cargo, independently follow a person, go to bed and get up. In Russia (VNII "Signal"), a similar military-use robot, the Lynx, is also being developed.
Описываемый здесь аппарат также можно отнести к биоморфным конструкциям, заимствующим в соответствии с принципами бионики функции и структуры живой природы. В данном случае можно говорить об имитации кенгуру.The apparatus described here can also be attributed to biomorphic structures, borrowing, in accordance with the principles of bionics, functions and structures of wildlife. In this case, we can talk about imitating a kangaroo.
Высота, на которую можно подбросить аппарат и, соответственно, скорость, с которой он может перемещаться по курсу, зависят от длины выдвигаемого при прыжке цилиндра и от перегрузки, которую может длительное время выдерживать оператор. Для оценки возможностей такого аппарата рассмотрим числовой пример.The height at which the device can be thrown and, accordingly, the speed with which it can move in the direction depend on the length of the cylinder extended during the jump and on the overload that the operator can withstand for a long time. To assess the capabilities of such an apparatus, consider a numerical example.
Пусть длина выдвигаемой «ноги» - поршни (5) на рисунке будет 1.5 метра, а ускорение аппарата при подаче сжатого воздуха в приводные пневматические цилиндры (2) составит 2g (19.8 м/сек*сек). По принятой терминологии это соответствует тройной перегрузке (перегрузка 3g). Кстати, допустимое значение перегрузок для пассажиров гражданских самолетов составляет 2,5g.Let the length of the extended “leg” - pistons (5) in the figure be 1.5 meters, and the acceleration of the apparatus when compressed air is supplied to the pneumatic drive cylinders (2) will be 2g (19.8 m / s * sec). According to accepted terminology, this corresponds to triple overload (3g overload). By the way, the permissible value of overloads for passengers of civil aircraft is 2.5g.
Тогда элементарные расчеты показывают: высота прыжка - 4.5 м, скорость в конце ускорения - 9.5 м/сек (34.2 км/час), время в полете - 0.25+1.8+0.25 сек (ускорение, свободный полет, замедление). Если вектор скорости отклонить вперед и не делать паузу между прыжками, можно перемещаться по курсу со скоростью 15-20 км/час.Then elementary calculations show: jump height - 4.5 m, speed at the end of acceleration - 9.5 m / s (34.2 km / h), flight time - 0.25 + 1.8 + 0.25 sec (acceleration, free flight, deceleration). If the speed vector is deflected forward and not paused between jumps, you can move along the course at a speed of 15-20 km / h.
Для того, чтобы подбросить аппарат общим весом в 500 кг с перегрузкой в 3g необходимо приложить усилие в 1500 кг - по 750 кг на каждый цилиндр. При давлении сжатого воздуха в системе в 7.5 бар площадь поршня составит 100 квадратных сантиметров (диаметр 113 мм). Объем обоих приводных пневматических цилиндров (2) получается 30 литров и соответственно объем ресивера высокого давления (12) порядка 120 литров при давлении в нем в 9.4 бара. В течение четверти секунды сжатый воздух из ресивера устремляется в цилиндры, поршни выдвигаются, объем, занимаемый воздухом увеличивается со 120 до 150 литров. При этом аппарат развивает мощность 1500*1.5/0.25=9000 кг*м/сек, т.е. 90 кВт. Через 1.8 секунды аппарат приземляется, поршни выталкивают сжатый воздух обратно в ресивер, энергия, затраченная на подбрасывание аппарата, в основном возвращается.In order to toss the apparatus with a total weight of 500 kg with an overload of 3g, it is necessary to apply a force of 1500 kg - 750 kg per cylinder. With a system pressure of 7.5 bar, the piston area is 100 square centimeters (113 mm diameter). The volume of both pneumatic drive cylinders (2) is 30 liters and, accordingly, the volume of the high-pressure receiver (12) is about 120 liters with a pressure of 9.4 bar. Within a quarter of a second, compressed air from the receiver rushes into the cylinders, the pistons extend, the volume occupied by the air increases from 120 to 150 liters. In this case, the device develops a capacity of 1500 * 1.5 / 0.25 = 9000 kg * m / s, i.e. 90 kW After 1.8 seconds, the device lands, the pistons push the compressed air back into the receiver, the energy spent on tossing the device, mainly returns.
Когда кенгуру совершает мощный прыжок вверх - вперед, его тело наклонено вперед таким образом, что вектор сил от задних конечностей направлен немного ниже центра тяжести тела. Это позволяет животному кроме линейной скорости получить импульс вращения, дающий возможность развернуть задние ноги вперед, навстречу приближающейся земле. После отрыва от земли тело кенгуру находится в свободном полете и, если неожиданно возникает необходимость скорректировать положения туловища в пространстве, животное использует в качестве противовеса массивный хвост.When a kangaroo makes a powerful jump up and forward, its body is tilted forward in such a way that the force vector from the hind limbs is directed slightly below the center of gravity of the body. This allows the animal, in addition to linear speed, to receive a rotation impulse, which makes it possible to deploy the hind legs forward, towards the approaching earth. After taking off from the ground, the body of the kangaroo is in free flight and, if suddenly there is a need to adjust the position of the body in space, the animal uses a massive tail as a counterweight.
Конструкция описываемого здесь аппарата не позволяет оперативно изменять направление вектора сил отталкивания относительно центра тяжести конструкции, вместо этого все маневры в вертикальной курсовой плоскости (с) - смотри рисунок - осуществляются с помощью гиродина (7). Если во фронтальной плоскости (в) стабильность аппарата обеспечивается разнесением опорных цилиндров по краям корпуса, в плоскости (с) аппарат поддерживается и управляется динамически, - и на земле, и в полете; ножки (9) используются в стояночном режиме.The design of the apparatus described here does not allow you to quickly change the direction of the vector of repulsive forces relative to the center of gravity of the structure, instead, all maneuvers in the vertical directional plane (c) - see figure - are carried out using gyrodine (7). If in the frontal plane (c) the stability of the device is ensured by the spacing of the support cylinders along the edges of the body, in the plane (c) the device is supported and controlled dynamically, both on the ground and in flight; legs (9) are used in the parking mode.
Динамическое управление положением корпуса в пространстве осуществляется путем оперативного ускорения или замедления маховика (15). Если с помощью привода (14) начать ускорять маховик, точно такой же по величине, но противоположный по направлению момент вращения прикладывается к корпусу аппарата и тот разворачивается в требуемом направлении, если находится в это время в свободном полете. Если аппарат стоит на неустойчивых двух опорах (6), манипулируя маховиком, можно поддерживать его в равновесии, а в нужный момент резко наклонить вперед, в сторону предстоящего прыжка.Dynamic control of the body position in space is carried out by operational acceleration or deceleration of the flywheel (15). If, using the drive (14), one starts to accelerate the flywheel, the exact same magnitude, but opposite in direction direction of rotation is applied to the body of the device and that turns around in the desired direction if it is in free flight at that time. If the device stands on unstable two supports (6), manipulating the flywheel, you can maintain it in balance, and at the right time sharply tilt forward, towards the upcoming jump.
Гиродины широко применяются в космических аппаратах для точной ориентации корпуса аппарата в пространстве по трем осям. Такие трехосевые гиродины сложны в управлении, поскольку при изменении момента импульса одного маховика необходимо учитывать силы прецессии, возникающие в двух других. В настоящем аппарате используется одноосевой гиродин, а прецессия маховика используется для изменения курса движения аппарата - поворота в плоскости (а).Gyrodines are widely used in spacecraft for the precise orientation of the spacecraft body in space along three axes. Such three-axis gyrodines are difficult to control, since when changing the angular momentum of one flywheel, it is necessary to take into account the precession forces that arise in the other two. In this apparatus, a single-axis gyrodine is used, and a flywheel precession is used to change the apparatus’s course of movement — turning in plane (a).
Цикл прыжка длится не более двух секунд и за это время нужно провести целый ряд взаимно согласованных манипуляций с оборудованием, оценить состояние датчиков; любая ошибка чревата потерей равновесия и падением аппарата. Поэтому управление процессом должен осуществлять контроллер (4). Алгоритм управления должен учитывать все детали процесса, остановимся лишь на основных моментах.The jump cycle lasts no more than two seconds and during this time you need to carry out a number of mutually agreed manipulations with the equipment, assess the condition of the sensors; any mistake is fraught with a loss of balance and a fall of the apparatus. Therefore, the process control should be carried out by the controller (4). The control algorithm should take into account all the details of the process, we will dwell only on the main points.
Оператор задает с пульта управления (3) режим движения: - непрерывный, отдельными прыжками, скорость перемещения, высоту прыжков, корректирует курс. Перед началом движения запускается двигатель (20) с компрессором (11) и запасается сжатый воздух в ресиверах (12) и (13). После этого поднимаются ножки (9) и аппарат переходит в режим динамического равновесия, балансируя с помощью гиродина (7) на двух опорах (6) в вертикальной курсовой плоскости (с). В момент прыжка гиродин разворачивает аппарат на нужный угол в сторону прыжка. В тот же момент воздух подается в приводные пневматические цилиндры (2).The operator sets the driving mode from the control panel (3): - continuous, in separate jumps, speed of movement, height of jumps, corrects course. Before starting the movement, the engine (20) with the compressor (11) is started and the compressed air is stored in the receivers (12) and (13). After that, the legs (9) rise and the apparatus enters the dynamic equilibrium mode, balancing with the help of a gyrodine (7) on two supports (6) in a vertical directional plane (s). At the time of the jump, the gyrodin turns the apparatus to the desired angle in the direction of the jump. At the same time, air is supplied to the driven pneumatic cylinders (2).
Управляющий контроллер постоянно отслеживает положение аппарата в пространстве с помощью датчика ориентации (19) и отрабатывает необходимые изменения угла поворота гиродином. Воздействия на гиродин осуществляются через регулирующую арматуру кулачкового компрессора (16). Это система электрически управляемых пневматических вентилей и клапанов, связывающих ресивер (13) с кулачковым компрессором (14). Энкодер (17) дает информацию контроллеру о текущем направлении и скорости вращения маховика (15). Если необходимо ускорить маховик в ту или иную сторону, сжатый воздух из ресивера подается на вход или соответственно выход компрессора, который в этом режиме работает, как двигатель, - энергия сжатого воздуха из ресивера переходит в кинетическую энергию маховика.The control controller constantly monitors the position of the device in space with the help of an orientation sensor (19) and works out the necessary changes in the rotation angle by a gyrodyn. The impact on gyrodine is carried out through the control valves of the cam compressor (16). This is a system of electrically controlled pneumatic valves and valves connecting the receiver (13) with a cam compressor (14). Encoder (17) gives information to the controller about the current direction and speed of rotation of the flywheel (15). If it is necessary to accelerate the flywheel in one direction or another, the compressed air from the receiver is fed to the input or output of the compressor, which in this mode works like an engine - the energy of compressed air from the receiver passes into the kinetic energy of the flywheel.
При необходимости замедлить маховик, клапаны и вентили регулирующей арматуры устанавливаются в позицию, когда устройство (14) переходит в режим компрессора, сжимает наружный воздух и направляет его снова в ресивер (13), - кинетическая энергия маховика переходит в энергия сжатого воздуха.If necessary, slow down the flywheel, the valves and valves of the control valves are set to the position when the device (14) goes into compressor mode, compresses the outside air and directs it again to the receiver (13), - the kinetic energy of the flywheel goes into the energy of compressed air.
При движении аппарата гиродин производит разнонаправленные повторяющиеся воздействия на корпус, при этом маховик то ускоряется, то замедляется относительно какой-то более или менее постоянной скорости вращения. При наличии постоянного возмущающего воздействия на корпус или значительной разбалансировки положения груза скорость вращения маховика может выйти за допустимые пределы. Тогда контроллер принудительно останавливает аппарат, выдвигает ножки (9) и «разгружает» маховик, при этом ножки воспринимают возникающую силовую реакцию гиродина.When the apparatus moves, the gyrodine produces multidirectional repetitive effects on the body, while the flywheel either accelerates or slows down with respect to some more or less constant rotation speed. In the presence of a constant disturbing effect on the body or a significant imbalance in the position of the load, the speed of rotation of the flywheel may go beyond permissible limits. Then the controller forcibly stops the device, extends the legs (9) and “unloads” the flywheel, while the legs perceive the emerging force reaction of the gyrodine.
Алгоритм участия контроллера в управлении приводными пневматическими цилиндрами (2) также включает ряд моментов. Контроллер воздействует на силовые цилиндры через электрически управляемые клапаны и вентили регулирующей арматуры приводных цилиндров (18).The algorithm for the controller to participate in the control of pneumatic drive cylinders (2) also includes a number of points. The controller acts on the power cylinders through electrically controlled valves and valves of the control valves of the drive cylinders (18).
Прыжок начинается в момент, когда корпус аппарата займет исходное положение, информацию об этом контроллер получает от датчика ориентации (19). Контроллер дает команду на подачу сжатого воздуха в цилиндры (2), причем, время, на которое открываются клапаны подачи воздуха, задается раздельно для каждого цилиндра и регулируется в зависимости от заданной высоты прыжка. Разное давление в цилиндрах позволяет компенсировать неровности фунта, а также реализовать поворот аппарата по курсу.The jump starts at the moment when the body of the device takes its initial position, the controller receives information about this from the orientation sensor (19). The controller gives a command to supply compressed air to the cylinders (2), moreover, the time for which the air supply valves open is set separately for each cylinder and is adjusted depending on the set jump height. Different pressure in the cylinders allows you to compensate for bumps in the pound, as well as to implement the rotation of the apparatus on the course.
Грунт, от которого отталкивается аппарат не всегда достаточно прочный, и поэтому часть энергии, подаваемый в цилиндры в виде сжатого воздуха расходуется на уплотнение почвы (или снега). В этом случае при приземлении аппарата не удастся продавить весь воздух из цилиндров обратно в ресивер и поршни не дойдут до верхнего положения. Для решения этой проблемы контроллер, располагая информацией от акселерометра (19) о полученном аппаратом механическим импульсе при отталкивании от земли, в нужный момент дает команду на открытие соответствующего клапана и перепускает часть воздуха в ресивер низкого давления (13).The soil from which the apparatus is repelled is not always strong enough, and therefore part of the energy supplied to the cylinders in the form of compressed air is spent on compaction of the soil (or snow). In this case, when the apparatus lands, it will not be possible to push all the air from the cylinders back into the receiver and the pistons will not reach the upper position. To solve this problem, the controller, having information from the accelerometer (19) about the mechanical impulse received by the device when repelled from the ground, at the right time gives a command to open the corresponding valve and passes part of the air into the low pressure receiver (13).
Гидравлическое сидение оператора (8) предназначено для смягчения возможных резких толчков и облегчения преодоления оператором рабочих перегрузок при отталкивании аппарата от фунта и при его приземлении.The operator’s hydraulic seat (8) is designed to mitigate possible sharp shocks and to facilitate operator overcoming of working overloads when pushing the unit away from the pound and when it lands.
1 - корпус1 - case
2 - приводные пневматические цилиндры2 - pneumatic drive cylinders
3 - пульт управления3 - control panel
4 - контроллер4 - controller
5 - поршни5 - pistons
6 - опорные площадки6 - reference sites
7 - гиродин7 - gyrodine
8 - гидравлическое сидение8 - hydraulic seat
9 - ножки9 - legs
10 - пневматический привод ножек10 - pneumatic drive legs
11 - компрессор11 - compressor
12 - ресивер высокого давления12 - high pressure receiver
13 - ресивер низкого давления13 - low pressure receiver
14 - кулачковый компрессор14 - cam compressor
15 - маховик15 - flywheel
16 - регулирующая арматура кулачкового компрессора16 - control valves cam compressor
17 - энкодер17 - encoder
18 - регулирующая арматура приводных цилиндров18 - control valves of drive cylinders
19 - датчик ориентации и акселерометр19 - orientation sensor and accelerometer
20 - двигатель внутреннего сгорания20 - internal combustion engine
а - поверхность землиa - the surface of the earth
b - фронтальная плоскостьb - frontal plane
с - вертикальная курсовая плоскостьc - vertical heading plane
d - маховикd - flywheel
е - направление движения аппаратаe - the direction of movement of the apparatus
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017137450A RU2675742C1 (en) | 2017-10-25 | 2017-10-25 | Method of movement on crossed terrain and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017137450A RU2675742C1 (en) | 2017-10-25 | 2017-10-25 | Method of movement on crossed terrain and device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2675742C1 true RU2675742C1 (en) | 2018-12-24 |
Family
ID=64753814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017137450A RU2675742C1 (en) | 2017-10-25 | 2017-10-25 | Method of movement on crossed terrain and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2675742C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU97328U1 (en) * | 2010-04-20 | 2010-09-10 | Государстенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет | BOUNTING ROBOT WITH MOBILE BRACKETS |
| US20110186360A1 (en) * | 2005-08-29 | 2011-08-04 | Mobile Intelligence Corporation | Jumping for Reaching Denied Terrain |
| CN102815349A (en) * | 2012-08-22 | 2012-12-12 | 北京交通大学 | Symmetrical centrifugal force power single-leg jumping machine |
| US20140379198A1 (en) * | 2011-12-12 | 2014-12-25 | Hitachi, Ltd. | Mobile Object |
| RU2624116C1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-06-30 | Александр Поликарпович Лялин | Armoured robot turret |
| CN107284545A (en) * | 2017-08-02 | 2017-10-24 | 重庆科技学院 | A kind of application method of bionical flea jump servicing unit |
-
2017
- 2017-10-25 RU RU2017137450A patent/RU2675742C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110186360A1 (en) * | 2005-08-29 | 2011-08-04 | Mobile Intelligence Corporation | Jumping for Reaching Denied Terrain |
| RU97328U1 (en) * | 2010-04-20 | 2010-09-10 | Государстенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет | BOUNTING ROBOT WITH MOBILE BRACKETS |
| US20140379198A1 (en) * | 2011-12-12 | 2014-12-25 | Hitachi, Ltd. | Mobile Object |
| CN102815349A (en) * | 2012-08-22 | 2012-12-12 | 北京交通大学 | Symmetrical centrifugal force power single-leg jumping machine |
| RU2624116C1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-06-30 | Александр Поликарпович Лялин | Armoured robot turret |
| CN107284545A (en) * | 2017-08-02 | 2017-10-24 | 重庆科技学院 | A kind of application method of bionical flea jump servicing unit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7658245B2 (en) | Mobile robot | |
| Jeong et al. | Wheeled inverted pendulum type assistant robot: design concept and mobile control | |
| US7503410B2 (en) | Dynamic legged robot | |
| KR101112496B1 (en) | Gait generation device for legged mobile robot | |
| CN100382934C (en) | Butt jointed crawler type mobile robot | |
| CN109720608A (en) | Vehicle-mounted movable hydraulic cushion landing platform for rocket recycling | |
| US20170225736A1 (en) | Self-Balancing Load Bearing Vehicle | |
| TW201026562A (en) | Flying object system performing ground traveling | |
| CN106828657A (en) | A kind of two-stage vibration damping ankle foot one low sufficient mechanism of impact walking in parallel and control method | |
| US7878276B2 (en) | Ambulatory vehicle | |
| US3511454A (en) | Gyro stabilization apparatus | |
| CN113401241B (en) | Multi-source power robot walking method | |
| RU2675742C1 (en) | Method of movement on crossed terrain and device for its implementation | |
| Fujiwara et al. | Safe knee landing of a human-size humanoid robot while falling forward | |
| CN209258424U (en) | Vehicle-mounted movable hydraulic cushion landing platform for rocket recycling | |
| RU2480378C1 (en) | Aircraft | |
| Li et al. | Dynamic adaptive equilibrium control for a self-stabilizing robot | |
| CN102826136B (en) | Belt rope type obstacle crossing robot | |
| CN1317397A (en) | Turning-over movable robot with wheel legs | |
| Koechling et al. | How fast can a legged robot run | |
| JP3982574B2 (en) | Jumping / rotating moving body | |
| GB2383783A (en) | Motion simulator | |
| KR20210009087A (en) | 'counter weight' ' ' 'omitted | |
| JP2011063240A (en) | Control device of inverted-pendulum control type mobile body | |
| Mayer et al. | Balanced walking and rapid movements in a biped robot by using a symmetric rotor and a brake |