RU2732666C1

RU2732666C1 - Method of moving along vertical and inclined surfaces and vehicle for implementation thereof

Info

Publication number: RU2732666C1
Application number: RU2019108518A
Authority: RU
Inventors: Михаил Тимофеевич Коротких; Александр Витальевич Лопота
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-09-21

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: invention relates to transport facilities capable of moving along vertical and inclined surfaces. Method of moving along vertical and inclined surfaces, wherein engagement with surface is carried out by several supports, in each of which the adhesive tape is wound on the coil being rotated and unwound from the roll at contact of the adhesive tape with the support surface on the section between the drive coil and the roll. Each of the supports is alternately pressed periodically to the support surface using force of holding the device on the surface with other supports. Periodicity of pressing of the support is selected to be less than the time of band unwinding at the section between supports.

EFFECT: creation of a method for displacement along vertical and inclined surfaces, providing wider range of materials of support surfaces, which can be moved, and increased specific carrying capacity.

1 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к транспортным средствам, способным перемещаться по вертикальным и наклонным поверхностям из различных материалов и имеющих разную структуру, и может быть использовано при проведении технологических операций в труднодоступных местах и выполнения работ, связанных с повышенной опасностью.The invention relates to vehicles capable of moving along vertical and inclined surfaces made of various materials and having a different structure, and can be used when carrying out technological operations in hard-to-reach places and performing work associated with increased danger.

Известны способы перемещения по вертикальным поверхностям и устройства для их реализации, использующие для удержания на поверхности силы магнитного «сцепления», например, по патенту РФ 2481997 (B62D 57/024, 2008). Недостатком таких устройств является необходимость наличия ферромагнитных свойств материала опорной поверхности перемещения.There are known methods of moving along vertical surfaces and devices for their implementation, using magnetic "adhesion" forces to hold onto the surface, for example, according to RF patent 2481997 (B62D 57/024, 2008). The disadvantage of such devices is the need for the presence of ferromagnetic properties of the material of the supporting surface of the movement.

Известны способы перемещения по вертикальным поверхностям и устройства для их реализации, использующие вакуумные присоски для удержания на поверхности, например, по патентам РФ 2042559 (B62D 57/032, 1992), РФ 22667434 (B62D 57/032, B62D 57/024, 2006), RU 30113 ПМ (B25J 15 D/06, B62D 57/032, 2003), RU 32080 ПМ (B62D 57/032, 2002). Эти решения требуют наличия в своем составе систем создания вакуума и воздухораспределения, а также сложных приводных механизмов последовательного перемещения вакуумных присосок с созданием и снятием вакуума в них в соответствии с алгоритмом перемещения присосок. Кроме того, опорная поверхность должна иметь структуру, позволяющую создать достаточный вакуум под присоской, т.е. не должна быть пористой и не должна иметь канавок.Known methods of moving along vertical surfaces and devices for their implementation, using vacuum suction cups for holding on the surface, for example, according to RF patents 2042559 (B62D 57/032, 1992), RF 22667434 (B62D 57/032, B62D 57/024, 2006) , RU 30113 PM (B25J 15 D / 06, B62D 57/032, 2003), RU 32080 PM (B62D 57/032, 2002). These solutions require the presence of systems for creating a vacuum and air distribution, as well as complex drive mechanisms for sequential movement of vacuum suction cups with the creation and removal of vacuum in them in accordance with the algorithm for moving the suction cups. In addition, the support surface must be structured to create sufficient vacuum under the suction cup, i.e. must not be porous and must not have grooves.

Наиболее близким к заявляемым техническим решениям являются способ перемещения по вертикальным и наклонным поверхностям и транспортное устройство для его реализации, предусматривающее размещение на своих контактных поверхностях специального материала с внешним адгезивным слоем, описанное в публикации Kathryn Daltorio et.al. А Robot that Climbs Walls using Micro-structured Polymer Feet // 8th International Conference on Climbing and Walking Robots (CLAWAR '05), London, UK, September 2005, DOI: 10.1007/3-540-26415-9_15. Более подробную информацию об использованном материале с внешним адгезивным слоем, образованным равномерно распределенным по поверхности множеством ворсинок микронного (субмикронного) размеров, что обеспечивает сцепление устройства с опорной поверхностью за счет вандерваальсовых сил межмолекулярного взаимодействия между ворсинками и опорной поверхностью, можно найти в публикации Gorb S N, Sinha М, Peressadko А, Daltorio К A, Quinn R D. Insects did it first: A micropatterned adhesive tape for robotic applications. Bioinspiration & Biomimetics, 2007, 2, S117-S125.The closest to the claimed technical solutions are a method of moving along vertical and inclined surfaces and a transport device for its implementation, which provides for the placement on its contact surfaces of a special material with an external adhesive layer, described in the publication Kathryn Daltorio et.al. A Robot that Climbs Walls using Micro-structured Polymer Feet // 8th International Conference on Climbing and Walking Robots (CLAWAR '05), London, UK, September 2005, DOI: 10.1007 / 3-540-26415-9_15. More detailed information about the material used with the outer adhesive layer formed by a plurality of micron (submicron) villi that are evenly distributed over the surface, which ensures the adhesion of the device to the supporting surface due to van der Waals forces of intermolecular interaction between the villi and the supporting surface, can be found in Gorb SN. Sinha M, Peressadko A, Daltorio K A, Quinn R D. Insects did it first: A micropatterned adhesive tape for robotic applications. Bioinspiration & Biomimetics, 2007, 2, S117-S125.

Способ перемещения по опорной поверхности состоит в последовательном прикреплении опор транспортного устройства к опорной поверхности перемещения за счет адгезивного сцепления и отлипания циклически сменяемых контактных поверхностей опор. Транспортное устройство включает корпус с двумя парами приводных соосных барабанов с установленными на каждом из них четырьмя опорами, выполненными в виде упругих лент, на контактных поверхностях которых размещен адгезивный слой. При вращении барабанов происходит последовательное прикрепление следующих по ходу движения лент за счет сцепления увеличивающихся по мере движения их контактных поверхностей и постепенного отлипания предыдущих контактирующих лент.The method of movement along the supporting surface consists in sequentially attaching the supports of the transport device to the supporting surface of movement due to adhesive engagement and detachment of the cyclically changed contact surfaces of the supports. The transport device includes a housing with two pairs of driven coaxial drums with four supports mounted on each of them, made in the form of elastic bands, on the contact surfaces of which an adhesive layer is placed. When the drums rotate, the following belts are sequentially attached in the direction of movement due to the adhesion of their contact surfaces increasing as they move and the gradual detachment of the previous contacting belts.

Недостатками данного способа перемещения по вертикальным и наклонным поверхностям и устройства для его реализации является то, что с опорной поверхностью последовательно контактируют одни и те же ленты, что приводит к постепенному загрязнению адгезивного слоя и ослаблению сил сцепления вплоть до их полного исчезновения. В то же время в описанном способе и устройстве не в полной мере используется потенциал сил сцепления, так как известно, что для получения максимальной силы сцепления необходим прижим контактирующих поверхностей с заданной интенсивностью а у описанного транспортного устройства такой прижим отсутствует, что приводит к снижению фактической грузоподъемности устройства по отношению к потенциально возможной. При этом получение материала с описанным адгезивным слоем является сложным, относительно дорогим и трудоемким технологическим процессом, выполняемым на целом ряде уникальных специализированных установок, объединенных в технологическую цепочку.The disadvantages of this method of moving along vertical and inclined surfaces and the device for its implementation is that the same tapes successively contact the supporting surface, which leads to gradual contamination of the adhesive layer and weakening of the adhesion forces until they disappear completely. At the same time, in the described method and device, the potential of the adhesion forces is not fully used, since it is known that to obtain the maximum adhesion force, pressing of the contacting surfaces with a given intensity is necessary, and the described transport device does not have such a clamp, which leads to a decrease in the actual carrying capacity device in relation to potential. At the same time, obtaining a material with the described adhesive layer is a complex, relatively expensive and time-consuming technological process performed on a number of unique specialized installations, combined into a technological chain.

Целью изобретения является создание нового способа перемещения по вертикальным и наклонным поверхностям, обеспечивающего расширение спектра материалов опорных поверхностей, по которым возможно перемещение, повышение удельной грузоподъемности и создание конструкции транспортного устройства, реализующей предложенный способ.The aim of the invention is to create a new method of moving along vertical and inclined surfaces, providing an expansion of the range of materials of supporting surfaces along which movement is possible, increasing the specific carrying capacity and creating a structure of a transport device that implements the proposed method.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом способе контакт с вертикальной или наклонной опорной поверхностью осуществляют клейкими лентами, которые непрерывно разматывают в процессе перемещения с установленных на каждой опоре предлагаемого транспортного устройства рулонов на приводные катушки с индивидуальными электроприводами, за счет чего обеспечивается движение опор по поверхностям перемещения. Участок ленты между рулоном и приводной катушкой клейкой стороной контактирует с опорной поверхностью, а второй стороной контактирует с подвижной опорой транспортного устройства, при этом опора по мере движения периодически прижимается к опорной поверхности через клейкую ленту. Транспортное устройство для реализации предложенного способа содержит не менее трех опор, каждая из которых содержит пассивную катушку с установленным на ней рулоном клейкой ленты, приводную катушку, размещенную на некотором расстоянии от рулона, и опоры качения, контактирующие с клейкой лентой и расположенные между рулоном и катушкой. Кроме того, транспортное средство содержит прижимной механизм, выполняющий периодический прижим каждой из опор к поверхности перемещения через клейкую ленту.This goal is achieved by the fact that in the proposed method contact with a vertical or inclined support surface is carried out with adhesive tapes, which are continuously unwound in the process of moving from rolls installed on each support of the proposed transport device to drive coils with individual electric drives, thereby ensuring the movement of the supports along the surfaces moving. The section of the tape between the roll and the drive coil with the adhesive side contacts the support surface, and the second side contacts the movable support of the transport device, while the support is periodically pressed against the support surface through the adhesive tape as it moves. The transport device for implementing the proposed method contains at least three supports, each of which contains a passive reel with a roll of adhesive tape installed on it, a drive reel located at a certain distance from the roll, and rolling bearings in contact with the adhesive tape and located between the roll and the reel ... In addition, the vehicle includes a pressing mechanism that periodically presses each of the supports against the moving surface through the adhesive tape.

Предложенный способ перемещения, выполняющий прокатку опор качения по клейкой ленте путем сматывания ее с рулона обеспечивает однократное сцепление набегающего чистого контактирующего участка ленты с загрязняющей опорной поверхностью, что вместе с выполнением периодической процедуры прижима каждой из опор качения к поверхности перемещения через клейкую ленту создает условия для реализации максимальных величин тангенциальной и нормальной компонент силы сцепления, препятствующих соответственно сдвигу и отрыву транспортного устройства под действием собственного веса, что повышает грузоподъемность устройства.The proposed method of movement, performing rolling of the rolling bearings on the adhesive tape by winding it off the roll, provides a single adhesion of the oncoming clean contacting section of the belt with the contaminating supporting surface, which, together with the performance of a periodic procedure of pressing each of the rolling bearings to the movement surface through the adhesive tape, creates conditions for implementation the maximum values of the tangential and normal components of the adhesion force, preventing, respectively, the shear and separation of the transport device under its own weight, which increases the carrying capacity of the device.

Промышленная применимость устройства достигается в том числе за счет использования в качестве адгезивного материала общедоступной клейкой ленты.The industrial applicability of the device is achieved, among other things, through the use of a generally available adhesive tape as an adhesive material.

Сущность изобретения поясняется следующими рисунками и чертежами.The essence of the invention is illustrated by the following figures and drawings.

На фиг. 1 показана схема реализации способа перемещения.FIG. 1 shows a diagram of the implementation of the moving method.

На фиг. 2 показана конструктивная схема четырехопорного варианта исполнения транспортного устройства для реализации предложенного способа.FIG. 2 shows a structural diagram of a four-support embodiment of a transport device for implementing the proposed method.

На фиг. 3 показана опора транспортного устройства с элементами опор качения в гусеничном варианте исполнения.FIG. 3 shows the support of the transport device with the elements of the rolling bearings in the tracked version.

Предложенный способ перемещения отдельной опоры транспортного устройства поясняется на схеме реализации способа, фиг. 1. На вертикальную или наклонную опорную поверхность прикрепляют опору транспортного устройства, содержащую элементы опор качения, рулон клейкой ленты и приводную катушку с индивидуальным электроприводом. При наматывании клейкой ленты на приводную катушку происходит перемещение опоры со скоростью V, равной окружной скорости вращающейся катушки на радиусе намотки клейкой ленты. Периодически опору прижимают к опорной поверхности через клейкую ленту с силой Р, вследствие чего элементы опор качения прижимают клейкую ленту к опорной поверхности. При этом сами элементы опор качения могут быть выполнены различным образом, формируя опоры качения, например, в виде ряда катков или гусеницы. Прижим опоры к поверхности возможно осуществить только в случае, если транспортное устройство имеет не менее трех опор и сила прижима Р меньше, чем суммарная сила удержания устройства другими опорами. Прижим опоры осуществляется с периодом, не превышающим промежуток времени, необходимый транспортному средству для перемещения на величину, равную не менее половины расстояния L между рулоном и приводной катушкой, а длительность прижима опоры должна быть не менее времени перемещения опоры на величину максимального из расстояний между элементами опор качения

. Настоящее условие обеспечивает прижим клейкой ленты на всем ее участке, контактирующем с опорной поверхностью.The proposed method for moving a separate support of the transport device is illustrated in the diagram of the implementation of the method, Fig. 1. On a vertical or inclined support surface, a support of a transport device is attached, containing elements of rolling bearings, a roll of adhesive tape and a drive reel with an individual electric drive. When the adhesive tape is wound onto the drive reel, the support moves at a speed V equal to the circumferential speed of the rotating reel at the radius of the adhesive tape winding. Periodically, the support is pressed against the supporting surface through the adhesive tape with a force P, as a result of which the rolling bearing elements press the adhesive tape against the supporting surface. In this case, the elements of the rolling bearings themselves can be made in different ways, forming the rolling bearings, for example, in the form of a series of rollers or a caterpillar. Pressing the support to the surface is possible only if the transport device has at least three supports and the pressing force P is less than the total holding force of the device by other supports. The support clamping is carried out with a period not exceeding the time interval required for the vehicle to move by an amount equal to at least half the distance L between the roll and the drive coil, and the duration of the support clamping must be at least the time of the support movement by the maximum of the distances between the support elements rolling

... This condition ensures that the adhesive tape is pressed in its entire area in contact with the supporting surface.

Периодичность прижима зависит от выбранной грузоподъемности устройства, т.к. очевидно, что чем чаще осуществляется прижим, тем выше грузоподъемность. При этом минимальная суммарная сила удержания всех опор должна быть больше грузоподъемности всего транспортного устройства.The frequency of pressing depends on the selected carrying capacity of the device, because it is obvious that the more often the clamp is carried out, the higher the carrying capacity. In this case, the minimum total holding force of all supports must be greater than the carrying capacity of the entire transport device.

Очевидно, что предложенный способ использует адгезивную поверхность клейкой ленты только один раз, что обеспечивает постоянно высокую силу адгезивного сцепления.It is obvious that the proposed method uses the adhesive surface of the adhesive tape only once, which ensures a consistently high adhesive strength.

Проведенные эксперименты показали, что сила отрыва ленты во много раз превосходит силу ее предварительного прижима на различных поверхностях контакта. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.The experiments carried out have shown that the force of strip separation is many times greater than the force of its preliminary pressing on various contact surfaces. The experimental results are shown in table 1.

Как показали эксперименты, в зависимости от свойств поверхности участок ленты площадью 30 см² способен удерживать груз от 50 до 150 Н на отрыв и от 75 до 210 Н на сдвиг на вертикальной поверхности. Это позволяет при наличии трех и более опор в составе устройства получить транспортное средство значительной удельной грузоподъемности.Experiments have shown that, depending on the surface properties, a section of the tape with an area of 30 cm ² is capable of holding a load from 50 to 150 N for separation and from 75 to 210 N for shear on a vertical surface. This allows, in the presence of three or more supports as part of the device, to obtain a vehicle of significant specific carrying capacity.

Для реализации способа предлагается четырехопорный вариант транспортного устройства (фиг. 2) с опорами качения, выполненными в виде гусениц. Устройство состоит из корпуса 1 на котором расположены четыре опоры 2, опорные элементы качения которых выполнены в виде гусениц 3, связанных через двусторонние клейкие ленты 4 с опорной поверхностью, при этом рулоны клейкой ленты 5 установлены на пассивных катушках 6. Свободные концы лент закреплены на приводных катушках 7 с индивидуальными электроприводами 8. В процессе движения ленты наматываются на соответствующие приводные катушки. Гусеницы 3 установлены на корпусе опор 2, которые имеют возможность перемещаться в направлении к опорной поверхности на направляющих 9. Корпуса опор 2 контактируют с рычагами 10, противоположный конец которых находится в зацеплении с кулачками 11, установленными на валах мотор-редукторов 12. Гусеничные опорные элементы 13 оснащены плоскими направляющими 14, входящими в боковые пазы гусениц 3.To implement the method, a four-support version of the transport device (Fig. 2) with rolling bearings made in the form of caterpillars is proposed. The device consists of a body 1 on which four supports 2 are located, the supporting rolling elements of which are made in the form of caterpillars 3 connected through double-sided adhesive tapes 4 with the supporting surface, while the rolls of adhesive tape 5 are mounted on passive reels 6. The free ends of the tapes are fixed on the drive reels 7 with individual electric drives 8. In the process of movement, the tapes are wound on the corresponding drive reels. The tracks 3 are mounted on the housing of the supports 2, which are able to move towards the supporting surface on the guides 9. The bodies of the supports 2 are in contact with the levers 10, the opposite end of which is in engagement with the cams 11 mounted on the shafts of the geared motors 12. Caterpillar supporting elements 13 are equipped with flat guides 14 that fit into the side grooves of the tracks 3.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

После установки на опорную поверхность транспортное устройство прижимают к ней, вследствие чего оно закрепляется на поверхности. Для осуществления перемещения транспортного устройства с помощью индивидуальных приводов синхронно вращают приводные катушки 7, на которые наматываются клейкие ленты 4. При этом клейкие ленты 4 сматываются с гусениц 3, обеспечивая продвижение транспортного устройства по опорной поверхности. По мере движения клейкие ленты сматываются с рулонов 5 и сцепляются с опорной поверхностью новыми чистыми участками, что обеспечивает высокую адгезию с опорной поверхностью с одной стороны и с поверхностью гусениц 3 со второй стороны клейкой ленты 4.After installation on the supporting surface, the transport device is pressed against it, as a result of which it is fixed to the surface. To carry out the movement of the transport device using individual drives, the drive reels 7 are synchronously rotated, onto which the adhesive tapes 4 are wound. In this case, the adhesive tapes 4 are unwound from the tracks 3, ensuring the movement of the transport device along the supporting surface. As it moves, the adhesive tapes unwind from rolls 5 and adhere to the supporting surface with new clean areas, which ensures high adhesion to the supporting surface on one side and to the track surface 3 on the other side of the adhesive tape 4.

Периодически гусеничные опоры 2 поочередно прижимают к опорной поверхности через клейкую ленту 4 кулачковым механизмом в составе элементов 10, 11, 12. Плоские направляющие 14 связывают гусеницы и корпус опорных гусеничных элементов 2 и препятствуют отрыву гусениц от клейкой ленты и опорной поверхности перемещения.Periodically, the track supports 2 are alternately pressed against the supporting surface through the adhesive tape 4 by a cam mechanism consisting of elements 10, 11, 12. Flat guides 14 connect the tracks and the housing of the supporting track elements 2 and prevent the tracks from separating from the adhesive tape and the supporting surface of movement.

Техническим результатом является повышение удельной грузоподъемности транспортного устройства.The technical result is to increase the specific carrying capacity of the transport device.

Claims

A method of moving along vertical and inclined surfaces, in which adhesion to the surface is carried out due to several supports, in each of which adhesive tape is wound onto a rotating reel and unwound from the roll when the adhesive tape contacts the supporting surface in the area between the drive reel and the roll characterized in that each of the supports is alternately periodically pressed against the supporting surface, using the force of holding the device on the surface by other supports, and the frequency of pressing the support is selected less than the time of unwinding the tape in the area between the supports.