Опора шагающей машины
1 и ц 75I70I
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.12.77 (21) 2549319/27-11 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.07.80. Бюллетень № 28 (45) Дата опубликования описания 30,07.80 (51) М 1лз
В 62 D 57/02
Государственный комитет (53) УДК 629.113.033 (088.8) по делам изобретений
H открытий (72) Автор изобретения
В. A. Логунов (71) Заявитель (54) ОПОРА ШАГАЮЩЕЙ МАШИНЫ
Изобрете|ше относится к области транспорта, а именно к шагающим машинам, в частности к конструкции опор.
Известна опора шагающей машины, содержащая голень, шарнирно прикрепленную к бедру, которое посредством двухстепенного шарнира установлено в корпусе машины, и раздельные приводы поворота голени и бедра относительно корпуса в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, причем каждый из приводов выполнен в виде гидроцилиндра, установленного одним концом, снабженным двухстепенным шарниром, к корпусу, а другим — к бедру или голени соответственно (1).
Недостатком такой опоры является ограниченный диапазон углов поворота звеньев, так как в качестве привода в ней используются силовые гидроцилиндры, имеющие ограниченный ход штоков и мертвые зоны в шарнирах. Другим недостатком такой опоры является изменение угла между бедром и голенью при подъеме и опускании бедра в вертикальной плоскости. Необходимость коррекции этого угла требует увеличения скоростных характеристик привода голени.
Известна также опора шагающего механизма, содержащая голень, шарнирно прикрепленную к бедру, которое посредством двухстепенного шарнира прикреплено к корпусу транспортного средства, и раздельные приводы поворота голени и бедра относительно корпуса в двух взаимно перпен5 дпкулярных направлениях, причем привод поворота голени установлен на бедре и выполнен в виде электродвигателя с редуктором, на выходном валу которого установлен червяк, взаимодействующий с червяч10 ным колесом, жестко соединенным с голенью (2).
Данная конструкция позволяет поворачивать бедро в вертикальной плоскости без изменения угла между голенью и бедром, 15 однако расположение привода голени на конце бедра значительно увеличивает маховой момент опоры за счет увеличения момента инерцш| бедра, что увеличивает мощность и габариты привода бедра.
20 Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является опора шагающего транспортного средства, содержащая корпус двухстепенного шарнира, установленный на верти25 кальной оси рамы машины н снабженный приводом его поворота, бедро, установленное своим верхним концом в горизонтальном шарнире корпуса, соединенного своим валом с приводом поворота в вертикальной
ЗО плоскости, и установленную в горизонталь751701
D)()2 (() в— в)„;
)к — )с )к ш =-= — — (вб
С с коронной пом шарнире нижнего конца бедра голень, иа, I .ОСOpoll lloepevJCTI30(vl 1 ttot30ft llepe, 1II III)
Н:2101ОГцсн иЕДущнн И иЕДОМЫй Эс!ЕМЕ!Г! Ы, связан с í)it!30/05(t ее поворота, причем llf)il130jl, поьоротll 1 Оле«и устаноилс!! litt кориуce диухсгelleilllot и шар!шра ISJ.
1!Оследвее устроистио, имея требуемый
ПО Ъ СЛОиl!Я vi Диllжи!! IЯ Днаиаэои УГЛОи ПОворота звеньев, устраняет осношнгй недоСта ГОК вЂ” It()i btt)3etttlblvl МаХОВЫй МОМЕ!П, однако I3 Ilcx сохраняется зависимость угла между бедром II голенью от движения бедра, vTO требует корректирую!цей работы привода голени, т. е. его дополн)гтельной нагрузки.
Цель изобретения — исключить рассогласование углов между голенью и бедром при повороте последнего.
Поставленная цель достигается, тем, что в опоре шагающей машины, содержащей корпус двухстепенного шарнира, установленный на вертикальной оси рамы машины и ctiaowct»tbtii приводом его поворота, бедро, установленное своим верхним концом в горизонтальном шарш)ре названного корпуса, соедш)енное своим валом с приводом поворота и вертикальной плоскости, и установленную и 1 оризонтальном шарнире нижнего конца бедра голень, вал которой посредством гибкой передачи, имеющей ведущий и ведомый элеменгы, связан с приводом ее поворота, опора снабжена дифференциальной передачей с коронной шестерней, иодилом ll солнечным колесом, одно из зиеньеи которой соед!шено с ьедущим элементом гибкой переда ltl а два Других через согласующие редукторы — с приводом поворота бедра н поворота голени соответственно; кроме того, коронная шестерня соединена с ведущим элементом гибкой передачи, солнечное колесо-- с приводом поворота бедра, а водило — с приводом поворота голени; иодпло соединено с ведущим элементом гибкой передачи, коронная шестерня — с приводом вращения бедра, а солнечное колесо — с приводом поворота голени; солнечное колесо соединено с ведущим элементом гибкой передачи, водило— с приводом вращения бедра, а коронная шестерня — с приводом поворота голени.
На фпг. 1 схематически изображена опора с приводами и связывающей их дифференциальной передачей, tta фиг. 2 и 3— варианты опоры с различным назначением элементов дифференциальной передачи.
Опора шагающей машины (см. фиг. 1) крепится к корпусу, иыпол1;сн1;ому и виде расположенных одttlt над другой рам 1 и 2, скреп1e»ttbtx между осью 3. Верхняя рама 1 служит для установки аппаратуры обзора и управлеш(я. а ось 3 — для крепления опор машины. Каждая опора состоит из голени 4, бедра 5 и выполненного и виде площадки корпуса б диу cTC!Ie!I»ot0 шарнира, которыи с помощью подшипника 7
:35
4 установлен на оси 3. Голень 4 и бедро 5 сия:311 1! ы ме)к,l у сОООи гор!!воll Гал ьнь! )! II il.,l it 1 t jt f) t l IeCi11t tvl t(()3! å 1! н ь! м It! Bf) t t t t f) O vl 8 > а Ii ct Jt
9, !let к01()ром .!аl(1)e!:Ietlo ()(., 11)0 0> уc1 а!!Ouieli Ita. корпусе б и шар!шре 10. 1Олеиь 4, Оедро 5 lt корпус б Диухс!ененно(о шарнира
liр1!иOДЯ 1 СЯ 3 Диi(ЖЕНИЕ. С ПоtvlОЩЫО С;!ЕДЯlцих нри130Дои 1 1 1 1, ко 1оръ|е жесгко установлены на корпусе б и I3bt tlo;!1!et tbt и виде редукторных электродвш aTe;!elf, электрически связанш.(х с аппаратурой нравлеш(я. При этом выходной вал привода 12 поворота опоры посредством зубчатого колеса 14 связан с зубчатым сектором
15, закреплettttbIM на неподвижной раме 2.
Выходной вал привода 11 поворота бедра 5 с помощью шестерни 16 и шестерни 17 связан с валом 9, на котором закреплено бедро 5. Выходной вал привода 13 поворота голени 4 шестернями 18 и 19 связан с валом 20, установленным на корпусе 6 двухстепенного шарнира с помощью подшипника 21. Бал 20 параллелен валу 9 и перпендикулярен к оси 3. Голеш. 4 закреплена на валу 22, на котором усгановлен шкив 23, связанный гибкой передачей 24, например ременной, со шкивом 25. Шкш 25 приводится и движение от выходногo звена планетарной дифференциальной передачи, которая состоит из водила 26 с установленными tta»e l сателлитами 27, коронной шестерни 28 и солнечной шестерни 29. При
l()ivI ВОДИЛО 26 НаСажЕНО На ВаЛ 20, а СОЛнечная шестерн:I 29 установлена на валу 30, к(торы!3 по" ðåäñòâîì подшипника 31 прикреплен к корпусу 6. Вал 30 посредством шестерен 32 н 53 связан с приводом 11 Iloворота бедра 5. Шкив 25 гибкой передачи
24 жестко связан c 1 01)o»!tot! !I)ecTept3eII 28, которая зацеплена с сателлитами 27. I(оронная шестерня 28 является выходным звеном дифференциальной передачи. При этом передаточные отношения согласую1цих передач выбираются нз следующих
) с,(оиии, где D„— начальный диаметр шестерни 26;
Л,. - — начал(,ный It!it)vICTI) (. 0..1н(.ч!10Й шестерни 29;
Л! — — диаметр и;кива 25;
Л, - диаметр шкива 23; ()в -- У; "Oeàß СКОРОСТЬ СОЛПЕЧНОй ШЕСтерни 29; (и(, — угловая скорость водила 26; (), — заданная угловая скорость вращения голени 4 относительно бедра 5, вырабатываемая аппаратурой управления и соответствии с условиями движения;
751701
>1, 11!, !! A(ХО:l,Я 1< 3 Г 13 >T. (5) .D, (О: О) — — (Об
22 Г
D2 (4) „. »,,к=(— ") (— — — ).(" >= a„(9) (!) > — 3 3 Л 3 П ! 3 и У ГЛ OT! а и С К О Р О C Ь В Р ащения бедра 5. вырабатываемая аппаратурой управления в соответствии с условиями лвиженпя.
Знак минус указывает ня противоположное направление угловых
СКОрОСтЕй С(>с И О>б.
Прн дви>T 13. Так как з бчатый сектор 15 жестко связан с рамой 2. то зубчатое колесо 14 при грашенни выхолттого вала прттвоча 12 поворота опоры обкатывается по зубчатому сектору 15, заставляя корпус 6 двухстепенного шарнира совершать вратцение относгттельно оси 3, прп этом бедро 5 вместе с голенью 4 также буллит вращаться относительно оси 3, обеспечиг яя тем самым горизонтальное движение шагающей машины при взаимодействующих с грунтом опорах и перенос свободных опор. Сигналы на подъем и опускаттие бедра 5 отттосительно корпуса 6 (следовательно, и относительно корпуса машины), поступятощие пя прттвол 11 поворота бедра 5, через шестерни 16. 17 приводят в qIT!1» Если прн этом на понвод 13 поворота голени поступают сигналы управления, то водило 26 приводит в движение сателлиты 27, которые пол чая добавочное вращение от со,тне !пой шестерни 29, приводят во вращение коротшую шестерню 28 и соелиттенный с ттей шкив 25. Далее через гибкую передачу 24. шкив 23 и вал 22 движение передается на голень 4. При этом движение голеттн 4 отностттелт.тто бедра 5 складывается из pT)vv лвнжеттнй. Олно вьтзьтвается врашенттем выходного звена дтт<1)срепенциальной передачи (коронной шестерни 28 тт связанного с I!cé ш <нвя 25}, а лр1,гое — обкатываннсм гибкой пере. чачи 24 относительно I!TI<:IT)3 25 TIT)TT движении бедра 5 относите;тьно корпуса маитины. что с учетом диаметров шкивов может быть записано в виде с..!с лутощегo соотношения: D(О) 22: — (Ш2- О) б) (3) 2 гле o>.; — угловая скорость шкива 23, с!)22 — угловая скорость шкива 25. Если бы в опоре отсутствовала связь межлу приводами бедра и голени через дтт(})(1)ере!т!Тттяльнуто передачу, то при непол ..Пж!юм бедре ((с)б=0) голень 4 (и шкив 23) лоз>кна была бы иметь заланную скорость Лвттження с>)г. Отсюда с учетом соотношештя (3) следует, что о, 22 Г D(, б г, ° 5 Ггв (Г,. y! n. . ПОГОрn!;1 ГОЛЕНИ 4: с}., — трсбт емый угол между голенью 4 н бедром 5 (зялаетсч аппаратурой .пр члештя }; сг.-, — трсо;.c v.т,тй тол межл . бедром 5 10 и Т<ОРгтСО(Т (ЗадаетСЯ аии(1Рат ротл уттраг;те!.Пя) . Тат<им А6Р 33A!>! . т ГО. <гс> >, 113 котопьтй повернется нтт<>тг, 23 н связанная с ним через ва 22 голеттт. 4, б>гле от,!итатьс От уг>13, 15 залаваемого аппапатурой упрявленття, на D, ве,тичтнт> сггь Dn Наппимер, ппн Отсутствии сигналов тта Ттзменет!Пе по..тоження голени ((!)9=01 с(";= 20 И! — ср, т. е. гс лент 4 отт<лоттяется ОтттоD2 сительно бедра 5 вместо того, чтобы остагатт.<я непол:нжной. н IT@IT!- .Ол 13 поворота A.òc!TIT лолжетт Отряботатт. это Отт;лоттенне, 25 хотя снгня lAT! AT аппярятурь! управления ня пп 11 Ол т!с пAcTvпаpт. Если >ке прт*! Aa! 11 и 13 связаны ме>т<л г собой Лттс})(}>еогнтттталтнтой пепелачей (см. с}н Т Г. 1 1 . 3 Г Т Г T T > T A c T! v T,"т A >> A T I (1< Р П О с т Т Т (!) ". к 30 шкнт;я 25 От Xт.!оных D, Г), 35 Пртт этом угловая скорость голени 4 буклет и.>тетт след ющнй вттл: юк„— — -1 " .— «9, — » ) . (7) Тогла, еслт! гт-тбо> согласукпцнх передач ! } 8 — 19 н 17 — 16 : cnnT r етствует прттве.тенI>hT>T уС,"Он!!якf (фор суд!! 1 тт 2). !!АТЕЕМ: | Dc >к D9 (,> (й 1>к > с D, 7 D„, — — (() б (8) 1>к >с нлн (!)2з — — с>,, т. е. независимо от движения бедра 5 голень 4 всегда движется с той угловой скоростью. которая задается аппаратурой управления. Если, например, с>,=0, то и и (=О, т. е. прн отсутствии сттгналов управ Ie»!IT! на пр воле 13 поворота голени и сама голень l3 4 неподвижна независимо от того. движется бедро 5 нлн нет. Это объясняется тем, что пр .1 вт,!брат!и тх указаншт..т образом ПЕТ)ЕлатОгНТЬТX ОтНО:НСНИЯХ УГЛОВаЯ СКОРОСТЬ коронной !!тестe!) TI;I 28 и соответствеш!о >О ш <нгя 25 б лет равна тловой скорости подъе.(3 бедра =; Относительно !<ори са, так т<ак прн неподвижно. 1 голиле 26 751701 (10) тос — + тсг 40 (12) 7 где Р,,„— диаметр начальной окружности сателлитов 27. В результате, в процессе сгпбания оедра 5 относительно рам 1 и 2 передача 24 остается неподвижной относительно шкива 25 и не вызывает поэтому поворота голени 4 относительно бедра 5 в шарнире 8, как это имело бы место в случае неподви>кного шкива 25. Атталогичпым образом происходит компенсация движений бедра 5 и при работающем приводе 13 поворота голени. На фиг. 2 приведен другой вариант соединения звеньев планетарной дифференциальной переда ти с приводами 13 и 11 поворота гочени и поворота бедра соответственно. В этом случае в качестве выходного звена используется водило 26, с которым связан шкив 25. При этом солнечная шестерня 29, посаженттая на вал 20, приводится во вращение через согласующие шестерни 19, 18 от привода 13 поворота голени, а коронная шестерня 28 — через согласующие шестерни 34, 35 и 36, 37 связана с валом 9. При этом передаточные отношения согласующих редукторов выбраны из следующих соотношений: На фиг. 3 приведена кинематическая схема опоры в случае использоваттия солнечной шестерни 29 в качестве выходного звена планетарной дифференциальной передачи. На валу 38 сидит тлтт<тлв 25 и солнечная шестерня 29. Вал 38 с помощью подшипника 39 связан с корпусом 6 двухстепенттого шарнира. При этом коронная шестерпя 28 получает вращение от привода 13 поворота голени через шестерню 18, а водило 26 связано через согласующие шестерпи 40 — 43 с валом 9, па котором закреплена голепт 5, связанным через шестерни 16 и !7 с приводом 11 поворота бедра, я передаточные отношения выбраны из следуютцих условий: Работают планетарные дифферепттиа,чьные передачи, изображенные на фиг. 2 и 3, аналогично описанной передаче тта фиг, 1. Диффереттттттальттая связь между приводами голени и бедра может быть выполнена не только в виде планетарных мехапиз.,лов с шестернями внутреннего зацепления, но и на цилиндрических или конических зубчатых колесах. фрикцнонных элементах нт, н, 5 I0 Зо 8 Использование какого-либо нз опттсанттт;тх вариантов определяется скоростными и нагрузочньтми характеристиками используемых приводов п требованиями к скоростям и нагрузкам на опору. Например, вариант, изображенный па фиг. 2, имеет преимущества перед вариантом на фиг. 1 из-за меньших передаточных отношений согласующих передач. Однако его целесообразно применять только в случае примерно одинаковых по величине моментов, прнкладываемых к шарнирам голени и бедра. Если же момент, воспринимаемой голенью, значительно меньше момента, воспринимаемого бедром, то целесообразнее применять вариант на фиг. 2, в противоположном случае — вариант на фпг. 3 (когда момент на бедре меньше мометтта па голени) . Тятлттм образом, прп использовании предложенной опоры привод голени должен отрабатывать лттшь ту величину угла между голенью и бедром, которая вырабатывается аппаратурой управления, компенсация же влияния движения бедра осуществляется механически, с помощью дифференциальной связи между приводами. Применение изобретения позволяет уменьшить максим" чьную угловую скорость, развиваемую приводом голени, на величину максимальной угловой скорости бедра, т. е. примерно вдвое, что приводит к уменьшению требований к скоростным характеристикам привода, сокращая примерно на 50% диапазон его регулирования по скорости, к его упрощению и уменьшепшо мощности либо позволяет вдвое повысить скорость передвижения. Формула изобретения 1. Опора шагаютцей машины, со;.ержатпая корпус,чвухстепенного шарнира, установленный ня вертикальной оси рамы мапптньт и cIIяб>тлеттттьттт приводом его поворота, бедро, установленное своим верхним т<оппом в гопттзотттялт.ттом тттаттттттре корпуса и соединенное свонм вялом с приводом поворота в вертикальной плоскости, тт установленную в горизонтальном тпарнпре нижнего т<онпа бедра голень, вал которой поспедством гттбкой передачи, иметотпей ведущий и ведомый элементы, связан с пртлволом ее повопотя, отл ич а тоти а яся тем, что, с целью тгстранения пяссогчасоваттия чггтя ме>кд го. ет ью тт бедном при повороте последнего, она снабжена,чттт!>ференцтляльной переда тей с т<оронттой ITIccTcpIIcII, води:IoM и солнечном колесом, одтто з звеньев которой соединено с ведущим элементом гибкой передачи, а два другтлх через согласующие редукторы — соответственно с приводами поворота бедра тл поворота голени. 2. Опопа по и. 1, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что коронная шестерня соединена с веду751701 10 щим элементом гибкой передачи, солнечное колесо — с приводом поворота бедра, а водило — с приводом поворота голени. 3. Опора по п. 1, отличающаяся тем, что водило соединено с ведущим элементом гибкой передачи, коронная шестерня — с приводом поворота бедра, а солнечное колесо — с приводом поворота голени. 4. Опора по п. 1, отличающаяся тем, что солнечное колесо соединено с ведущим элементом гибкой передачи, водило — с приводом поворота бедра, а коронная шестерня — с приводом поворота голени. 11сточники информации, принятые во внимание прп экспертизе 1. Авторское свпдетсльстьо СССР М 250251, кл. G 01 D 1/10, 1964. 2. Вукобратовпч М. Шагающие роботы и антропоморфные меканизмы. М., «Мнр», 1976, с. 437, рпс. 3,42 и с. 453. 3. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2364932/11, кл. В 62 D 57/02, 25.05.76 (прототип). 751701 35 Л 17 9 З7 7 7 l ги 23-- л Pur 2 11 6 ! 1 1 ;g ! т 5 Г 1 ! Q д ) Л1 f7 91 т Т zz! ! 19 / rp у 16 
