Rollator

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 10 oktober 2022; verifiering kräver 1 redigering .

Walkers , eller gångmaskiner , är en mängd olika maskiner som rör sig med hjälp av stödstrukturer ("ben") som är böjda eller roterade på ett gångjärn , genom metoden för deras synkroniserade translationella omarrangemang (utåt som liknar ett steg av en person eller djur, det vill säga en maskin på "gående" rörelse) med hydrauliska , mekaniska , elektriska och andra drivningar av de angivna konstruktionerna och deras kombinationer - elektromekaniska , hydromekaniska , etc.

På grund av utförandets komplexitet, tvetydigheten i det avsedda syftet, och som ett resultat, osäkerheten i omfattningen av praktisk tillämpning, å ena sidan, och å andra sidan den låga kostnaden, tillförlitligheten och användarvänligheten för landfordon på traditionella versioner av en mobil plattform (främst hjul , band , räls , kabel-kabel , såväl som fräsring , magnetisk levitation , etc.), gångmaskiner har ännu inte fått stor spridning i verkligheten. Av de mekanismer som används i praktiken kan gående grävmaskiner kallas . Andra viktiga faktorer som förhindrar deras introduktion i industrin och den nationella ekonomin (liksom deras introduktion som militär utrustning ) och som behöver åtgärdas är energikostnaderna, som är relativt höga i sig och ökar med ökande massa av maskinens rörliga kropp. , längden på rörliga stödstrukturer (gående "lemmar") och stegamplitud , samt vestibulära belastningar på den mänskliga operatören ( föraren ) på grund av den instabila positionen för förarhytten i "tvåbent" och "fyrbent" modeller (därför är det huvudsakliga arbetsområdet som implementerar sådana konfigurationsalternativ för gångstödstrukturer robotik , som inte kräver att en person är i bilen och styrs på distans eller av en omborddator med en inbyggd åtgärdsalgoritm).

Walkers är mycket populära inom science fiction som möjliga exempel på markfordon (inklusive militära), - i synnerhet finns de i anime och manga , där de aktivt används som en mecha-sentai genrefunktion . I jämförelse med hjul- och bandfordon kännetecknas vandrare av ökad längdåkningsförmåga. Huvudproblemet i skapandet av vandrare är förhållandet mellan pris och effektivitet (inklusive marschhastighet), samt bristen på tillräckligt energikrävande och samtidigt kompakta kraftverkskällor och höghastighetsdrev för gångben. Men utvecklingen pågår redan för att skapa fullfjädrade gångmaskiner.

Historik

Skaparen av den första vandraren i ordets moderna mening kan betraktas som den ryske vetenskapsmannen P. L. Chebyshev , som på 1860  - 1870 - talet . sätta upp experiment med gångmekanismer av olika konfigurationer [1] Men varken industri eller vetenskap under de åren krävde sådana anordningar och de existerade länge i form av bisarra uppfinningar, leksaker etc. Om deras praktiska tillämpning för att lösa industriella eller militära uppgifter var uteslutna. Det första rationaliseringsförslaget att använda rollatorer för militära ändamål går tillbaka till 1940 - i det inledande skedet av andra världskriget , imponerad av framgångarna från Wehrmacht i Frankrike , brittiska forskare, anställda vid Allen & Co ingenjörsföretaget A. Hutchinson och F. Smith föreslog att man skulle skapa en 1000-tons gångtank (1000-tons stridsvagn) på fyra stödjande lemmar för att effektivt motverka den tyska Panzerwaffe . Under deras ledning sammanställde företagets ingenjörer ett urval av ritningar och teknisk dokumentation för den industriella produktionen av denna uppfinning. Upphängningssystemet i en gångtank gav honom teoretiskt stabilitet i rörelse på ett ojämnt underlag. Det var inte möjligt att intressera de brittiska imperialistiska myndigheterna för den militära industrin och vetenskapen i detta projekt och planen genomfördes inte i den planerade formen, krigsdepartementet slutade finansiera projektet till förmån för mer praktiska arbetsområden och forskare lyckades bara konstruera en experimentell prototyp av en mindre gångstridsvagn (utan vapen) som hade en zoomorfisk vy, ett slags roterande höft- och knäled (rullande lårled), styrd av ett system av kablar som trasslade in maskinens stödben och konvergerade i operatörens konsol . Föraren styrde maskinen med kraften från armarna och benen på spakarna respektive pedalerna. Spakar sätter i rörelse frambenen, pedalerna - bakbenen. Operatörens mekaniska ansträngningar överfördes till böjarna på de stödjande extremiteterna med hjälp av hydrauliska boosters . Bilen klättrade framgångsrikt uppför kullar som en hög med böcker [2] .

Början till utvecklingen av gångmaskiner lades under efterkrigstiden, på 1950 -talet . 1954 initierade USA ett program för grundforskning och forskningsarbete om skapandet av "naturliga maskiner" som i sin design implementerar de naturliga formerna och metoderna för förflyttning av levande varelser. Saker och ting gick inte utöver ritningarna och motiveringen av det olämpliga i det tekniska genomförandet av denna typ av företag. Längst av de inblandade vetenskapliga institutionerna avancerade Rutgers University , en grupp forskare som, under ledning av chefen för avdelningen för maskinteknik, professor R.K. Bernard, faktiskt satte riktningen för allt efterföljande arbete i denna riktning. Forskare har noggrant utarbetat den teoretiska sidan av frågan om att utveckla biomekanisk framdrivning och testat miniatyrmodeller av anordningar för att gå, springa, hoppa, galoppera, hoppa och krypa. Av alla studerade former var det "hävstångsfordonet" (hävstångsfordonet) i den studsande eller gående utföringsformen, enligt forskare, som var mest lämpad för att utföra olika militära uppgifter. Samtidigt var det studsmaskinen som erkändes som ett idealiskt alternativ av detta slag; designinstitutioner ombads att ta vanliga gräshoppor som modell för att kopiera lemmar och rörelser bland representanter för faunan . Ändå insåg man också att detta alternativ är det svåraste för teknisk implementering, eftersom det verkligen kräver ytterligare medel för att korrigera flygbanan (samma gräshoppor har vingar för detta, vilket gör att de kan korrigera flygbanan och öka landningsnoggrannheten, och kängurur använder svansen), för att inte tala om de dynamiska belastningarna på de stödjande extremiteterna vid tidpunkten för knuffen och särskilt landningen. Därför, trots det faktum att studsmaskinerna var överlägsna i hastighet och manövrerbarhet jämfört med de gående, erkändes de senare som lättare för tekniska studier. Fakulteten för maskinteknik vid University of Michigan, under ledning av fakultetens dekanus, professor Joseph Shigli , fick i uppdrag att utveckla modeller för transmission och växlar för sådana maskiner. Egentligen strax innan Prof. Shigli och hans team av vetenskapsmän satte vad som kan kallas en taktisk och teknisk uppgift med tio punkter som är ganska specifika i huvudsak (8 av 10 poäng motsvarade principerna för rörelse hos levande varelser och endast 2 hade ett klart artificiellt ursprung), eftersom alla tidigare verk var av abstrakt karaktär. Teamet från University of Michigan skapade en maskin med 16 ben med manuell styrning av en operatör från en hytt på baksidan av maskinens struktur. Det är prototypen från Michigan och det arbete som utförs under ledning av prof. Shigli gav en mängd empiriska bevis angående genomförbarheten/ogenomförbarheten av tidigare konstruktioner av gångmaskiner. Lite senare publicerade Shigli en sammanfattad sammanfattning av sina fynd i The New Scientist . I början av 1960-talet en spindelliknande gånganordning med en vevmekanism för att omvandla motorns rotationsenergi till translationella rörelser av de stödjande extremiteterna designades av Land Locomotion Laboratory i Detroit Arsenal i Warren , Michigan [3] .

Ändå var alla ovanstående experiment snarare avsedda att inte bekräfta, utan snarare att motbevisa olika falska teorier och idéer på ett vetenskapligt och praktiskt sätt, och utfördes antingen på små medel eller på självfinansiering. Intensifieringen av arbetet med att skapa gångmaskiner (främst zoomorfa, på fyra och sex ben) i USA inträffade i mitten av 1960-talet. och sammanföll med intensifieringen av amerikansk militär intervention i Sydostasien under det andra Indokinakriget . I samband med den amerikanska försvarets oförberedelse för operationer i tropiska och subtropiska skogar , som avslöjades i det inledande skedet av eskaleringen av fientligheterna i Vietnam , skyndade företagen i den amerikanska militärindustrin att fylla det identifierade gapet och tävlade med varje andra att erbjuda kommandot över markkomponenterna för olika typer av väpnade styrkor deras projekt av land- och amfibiefordon, kännetecknade av ökad längdåkningsförmåga jämfört med traditionella hjul- och bandfordon, vilket gav impulser till utvecklingen av maskiner med skruvpropeller , maskiner med flexibelt chassi (fordon med flexibla ramar), ledade fordon (ledfordon), maskiner med ellipsoida hjul (elliptiska hjulfordon), larvframdrivning med uppblåsbara skridskobanor, strids- och transportfordon för svävare , olika typer av flygande fordon och "flygande jeepar" ", medel för individuell luftrörlighet på jet- och skruvdragkraft . Mottagit utveckling och rullatorer.

Den 21 april 1964, på New Yorks världsutställning , öppnades paviljongen för arméns mobilitet Looks to the Future i USA, där bland åtta lovande koncept av futuristiska sätt att säkerställa markstyrkornas rörlighet i form av skisser och målningar presenterades rollator "Land-Walker" (Army Landwalker) på fyra stödjande lemmar ("ben") med fyra spakmanipulatorer ("armar"), officerare från transport- och logistiktjänsten förklarade för besökarna av utställningen arbetsanvisningarna för forskningsinstitutionerna för US Army Transportation Administration för framtiden och potentialen för tillämpningen av den specificerade typen av maskiner [4] .

US Advanced Research Projects Agency (DARPA), en traditionell beskyddare av alla typer av revolutionära idéer, initierade Agile-programmet (AGILE), som finansierade ett antal fordonsprojekt med okonventionella framdrivningsmöjligheter som testades i de kontinentala staterna , samt i zonen av Panamakanalen som kontrolleras av den amerikanska militära kontingenten (det är känt att mer än trettio prototyper av fordon med olika typer av framdrivning klarade testerna, men det är inte säkert känt om det fanns prover av gående fordon bland dem ). Räckvidden av potentiell användning av vandrare inkluderade deras användning för kontragerillaaktiviteter , tvingande vattenbarriärer med branta banker och snabba strömmar, påtvingade marscher i bergig stenig terräng . I allmänhet gynnade själva atmosfären på 1960 -talet , överflödet av vetenskapliga och tekniska framsteg under den perioden, som introducerades i utbredd användning, utvecklingen av olika revolutionära riktningar i utvecklingen av militär och icke-militär utrustning - varken före eller efter det decenniet ägde inget liknande rum i omfattning och omfattning i världshistorien. Designernas tekniska fantasis flykt begränsades endast av de verkliga möjligheterna med gångfordon (som var mycket begränsade), den befintliga produktionsbasen och budgetkontrollorgan , som skoningslöst "hackade" lovande arbetsområden, "slog ut" finansiering från alla projekt av detta slag och återföra dem till pappersdesignstadiet. Logiken hos innovatörer , som tillhandahöll ekonomisk och produktionsteknisk motivering för projekt av detta slag, var ganska enkel och förlitade sig på bedömningar om den här typen av utrustnings höga längdförmåga: [5] "På vissa typer av terräng, en femtio dollar häst kommer att överträffa en kvarts miljon dollar tank." [6]

Problemet med den tekniska implementeringen av denna dom var att alternativen för att översätta "mekaniska hästar" i metall inte var mycket billigare än tankar för en kvarts miljon dollar. Dessutom skulle industrilobbyn, matad från stridsvagnsfabriker som tillverkade pansarfordon och förknippade med de högsta politiska kretsarna, inte tillåta, under någon förevändning, att inkräkta på de sektorer av den federala budgeten som den satsar på, så även talet om antagande och massproduktion av gående militär utrustning inom överskådlig framtid gick inte. Icke desto mindre lyckades industrijätten General Electric monopolisera riktningen för utvecklingen av gångteknologi (General Electric, General Motors , Westinghouse genomförde sina egna industrirobotprojekt ) [7] och fick ett antal order på utvecklingsarbete. Ordnance Department of the Defense Electronic Division i Pittsfield , Massachusetts . Till stor del var "motorerna" i denna process företagets anställda själva, som under lång tid var engagerade i privata experiment med vandrare, vars främsta ideologiska inspiratör kan kallas Ralph Mosher, som ägnade många år åt att arbeta med det här ämnet. Parallellt med General Electric utvecklades projektet med en egen " walking truck " (med en kaross som en konventionell lastbil) under ledning av Ronald Liston av Land Locomotion Division, Mobility Systems Laboratory, US Army Armored Directorate i Warren, Michigan . Samtidigt fick den nämnda vetenskapsmannen - Liston en särskild utmärkelse från USA:s armésekreterare för forskning om ett visst ämne, tillsammans med forskare från Michigan Technological University , som betonade vikten och prioriteringen av detta område. Forskning för det militära ledarskapet [8] Arbetet har dock inte kommit längre än att ingenjörer har skapat trämodeller i naturlig storlek och en ofullbordad prototyp av Pansardirektoratet, såväl som en prototyp av General Electric företag som klarade testet, men inte gick i produktion [6] [9] . I början av 1970-talet. de amerikanska truppernas handlingar i landteatern för militära operationer under Vietnamkriget började blekna bort och flyttade in i flygplanet för flygangrepp på fiendens stora administrativa och industriella centra och taktiska flygoperationer i deras egen rygg. Under dessa förhållanden blev terrängfordon onödiga och nästan alla projekt av detta slag som hade genomförts fram till det ögonblicket avbröts, många för alltid. Sovjetiska experiment under samma period, i riktning mot att skapa en slags rullator för praktisk användning under vatten, begränsades till en serie obebodda fjärrstyrda fordon (informations- och kontrollkomplex) " Manta ", utvecklad av Institute of Oceanology of USSR Academy of Sciences och testades 1971-1973. [tio]

Kvar i form av teckningar, modeller och ramar av dokumentära nyhetsfilmer, exempel på vandringsteknik inspirerade science fiction-författare och figurer från amerikansk film att inkludera den i sina konstnärliga verk. Återfödelsen av gångteknik i USA inträffade i kölvattnet av slutet av detenteperioden och återväxten av internationella spänningar under nästa omgång av den USA-sovjetiska konfrontationen. I kölvattnet av Strategic Defense Initiative (”Star Wars”) initierat av USA:s president Ronald Reagan har ett antal vapenprojekt baserade på nya principer utvecklats. Bland annat fick Ohio State University i Columbus i juli-augusti 1983 inget mindre än ett kontrakt för att utveckla en " walking tank " (walking tank). I den vetenskapliga pressen kommenterades det här avsnittet ganska skämtsamt att militärledningen hade sett tillräckligt med filmer från Star Wars -cykeln (där det fanns mycket realistiska stridsscener med " imperial walkers " på två och fyra lemmar). Anledningen till att investera budgetmedel var samma problem med att öka markfordonens längdåkningsförmåga, eftersom byrån insisterade på att hälften av jordens yta är fundamentalt oframkomlig för hjul- och bandfordon [11] . Den tredje födelsen av gångteknik, nu robotiserad, utan en operatör inuti, föll på perioden av amerikansk militär intervention i tredje världens länder , men gick återigen inte längre än skapandet av experimentella prototyper.

Hybrider

Förespråkare för skapandet och det breda införandet av gångmaskiner, i synnerhet samma Mosher, som insåg att den högsta ledningens uppmärksamhet hade försvunnit oåterkalleligt och försökte återuppliva själva idén om vandrare, erbjöd mellanliggande och kombinerade framdrivningsalternativ: hjulgång, larv-gå, gå-flytande, etc. e. I alla ovanstående alternativ hade maskinen en huvud- och hjälpflyttare. De gångande lemmarna tilldelades rollen som en hjälpflyttare, utformad till exempel för att förflytta sig på mjuka, ostadiga och trögflytande jordar, [12] självutvinning av maskinen själv från trögflytande jord, [13] bogsering, skjutning och skjutning av andra maskiner som fastnat, [14] ger maskinen en stabil position på ojämn mark för mer exakt inriktning av vapen och utför annat användbart arbete, [15] skapar ytterligare stödpunkter för att kompensera för rekylkraften hos vapen med pipor , varvid lastens massa är flyttas under lastnings- och lossningsoperationer , [16] underhåll av militära undervattensanläggningar och baser, [17] samt för andra behov. Ett alternativt alternativ var maskiner med modulära spakanordningar (modulära ben), vilket gör att maskinen kan utföra funktionerna som en kran , bogserbåt , etc. I denna form handlade det inte längre om att gå, utan om spakmaskiner, där spaken (s) ) kan användas för olika mekaniska arbeten , inklusive för förflyttning av bärmaskinen [18] . Utöver maskinerna med stödben som redan beskrivits ovan föreslogs varianter av hjulrullare , där längsgående hjulsatser på en flexibel oberoende fjädring användes som stöd, som gick genom att vrida hjulsatsen runt sin axel [19] .

Robotmaskiner

Under andra hälften av 1980-talet. Corporation " Martin-Marietta " lyckades ta med DARPA-finansiering under nästa program för skapandet av autonoma landfordon (Autonomous Land Vehicle Project) med olika typer av framdrivning [20] . I det här fallet förstods "autonoma" som robotmaskiner utan operatörer och utan hytt, som arbetar i ett helt autonomt läge enligt ett programmerat program, eller i ett semi-autonomt läge enligt kommandon från en fjärrkontroll . Det inledande skedet av programmet var datorsimulering av djurrörelser (Computer Simulation of Animal Navigation, CSAN), [21] för vilket ett speciellt program- och hårdvarukomplex utvecklades med olika typer av simulerad terräng [22] . Hur långt Martin-Marietta-ingenjörerna lyckades avancera är fortfarande okänt.

Kronologi

Följande är de viktigaste milstolparna i utvecklingen av gångmaskiner:

bakgrund Berättelse

I science fiction

En av de första framträdandena av gångmaskiner ägde rum i science fiction-klassikerböckerna: Jules Verne, i hans roman The Steam House och i HG Wells ' War of the Worlds (frasen "stridsstativ" har blivit ett känt ord) .

I populärkulturen

Lista över filmer och dataspel där vandrare förekommer

Se även

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 González de Santos et al., 2006 , sid. 13.
  2. ↑ Shaker & Wise. War Without Men, 1988 , sid. 17.
  3. ↑ Shigley, Joseph E. Theory of walking vehicles . // New Scientist , 8 juni 1961, v. 10, nr. 238, sid. 584-585.
  4. ↑ Armén går med DoD, NASA för att arrangera världsutställningen . // Army Research and Development , april 1964, v. 5, nr. 4, sid. 36.
  5. ↑ Shaker & Wise. War Without Men, 1988 , sid. 73.
  6. ↑ 1 2 Liston, Ronald A. Walking Machine Studies . // Army Research and Development , april 1967, v. 8, nr. 4, sid. 22-24.
  7. ↑ Miller. Robotic Applications, 1991 , sid. 37.
  8. ↑ ATAC Executive utvald för SARS Fellowship . // Army Research and Development , april 1967, v. 8, nr. 4, sid. 29.
  9. ↑ Gundel, BH Glamour i utrustning för längdåkning . // Army Research and Development , mars 1968, v. 9, nr. 3, sid. 26-27.
  10. ↑ Shaker & Wise. War Without Men, 1988 , s. 42-43.
  11. ↑ Gå in i gåtanken . // New Scientist , 4 augusti 1983, v. 99, nr. 1369, sid. 348.
  12. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , s. 108-109.
  13. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , s. 108, 111.
  14. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , s. 112-113.
  15. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , s. 112, 114.
  16. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , s. 112, 117.
  17. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , s. 125-127.
  18. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , s. 127-131.
  19. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , s. 121-125.
  20. ↑ ERIM. Planeringssystem för ALV, 1989 , A-2.
  21. ↑ ERIM. Planeringssystem för ALV, 1989 , sid. 6.
  22. ↑ ERIM. Planeringssystem för ALV, 1989 , sid. tio.
  23. ↑ 1 2 González de Santos et al., 2006 , sid. 6.
  24. ↑ González de Santos et al., 2006 , s. 3-7.
  25. ↑ Mekanisk häst . US patent nr. 491927, 14 februari 1893.
  26. ↑ González de Santos et al., 2006 , s. 6-8.
  27. ↑ Keith Haddock. Giant Earthmovers: An Illustrated History . — MotorBooks International. — 228 sid. - ISBN 978-1-61060-586-1 .
  28. ↑ González de Santos et al., 2006 , s. 6-9.
  29. ↑ 1 2 3 González de Santos et al., 2006 , sid. 9.
  30. ↑ Todd. Walking Machines, 1985 , s. 16-18.
  31. ↑ Todd. Walking Machines, 1985 , sid. 171.
  32. ↑ González de Santos et al., 2006 , s. 8-9.
  33. ↑ Shaker & Wise. War Without Men, 1988 , sid. 42.
  34. ↑ 1 2 González de Santos et al., 2006 , sid. fyra.
  35. ↑ Ayres Robert  ; Miller, Steve . The Impacts of Industrial Robots Arkiverad 24 oktober 2018 på Wayback Machine , Carnegie Mellon University , 1981, sid. 48.
  36. ↑ González de Santos et al., 2006 , s. 10-11.
  37. ↑ Todd. Walking Machines, 1985 , sid. 160.
  38. ↑ González de Santos et al., 2006 , sid. 23.
  39. ↑ Miller. Robotic Applications, 1991 , sid. 138.
  40. ↑ Todd. Walking Machines, 1985 , s. 24-26.
  41. ↑ Todd. Walking Machines, 1985 , sid. 151.
  42. ↑ González de Santos et al., 2006 , s. 8-11.
  43. ↑ Miller. Robotic Applications, 1991 , sid. 53.
  44. ↑ 1 2 3 Raibert et al. Dynamic Legged Locomotion, 1995 , sid. 2.
  45. ↑ Boston Dynamics: Ändra din idé om vad robotar kan göra

Litteratur

Länkar

 Robotik
Huvudartiklar
Robottyper
Anmärkningsvärda robotar
Relaterade termer