Самодельный шагающий механизм. Как сделать шагоход для бездорожья

Наверное, каждый, столкнувшись с бездорожьем, мечтательно вздыхал: эх, вот бы тут иметь шагающий транспорт! И на крутой косогор на нем можно забраться, и любое нагромождение камней преодолеть. Видимо, и при освоении других планет подобные машины будут весьма кстати. Не случайно специалисты проявляют к ним не малый интерес. Еще в позапрошлом столетии известный русский математик П.Л.Чебышев разработал и построил шагающий . Подомный принцип положен в основу конструкций шагающих экскаваторов, работающих в горных и угольных карьерах, на строительстве каналов. Предлагаем и вам изготовить несложный шагоход. Взявшись за него, вы наверняка почувствуете вкус проблем, которые волнуют создателей аналогичных машин. А изготовив с друзьями несколько подобных машин, сможете устрагивать увлекательные соревнования.

Технология изготовления шагающего механизма (шагоход)

Чтобы сделать шагоход понадобятся узлы от , стандартный крепеж и детали от раскладных кроватей. Устройство его показано на рисунке 1. На основной площадке располагается сиденье водителя, привод перемещения и механизм поворота. При вращении рычагов 13 меняется взаимное положение площадки 3 и наружной опоры 1, чем и обеспечивается движение вперед. Фазы процесса перемещения показаны на рисунке 2.

Водитель вращает педали каретки 6, сидящие на одной оси с малой звездочкой 12, движение которой передается цепью на большую звездочку 11, укрепленную посередине правого (см. рис.) вала 7. Вал на наружном конце имеет такую же звездочку и связан цепью с левым валом, с аналогичной звездочкой. Таким образом, оба вала вращаются синхронно, с одинаковым числом оборотов. На наружных концах валов закреплены четыре рычага 23 – педали с шатунами, опирающиеся на наружную опору 1 и скрепленные с нею накладками. Когда последняя поднята, площадка опирается на грунт через свою поворотную опору 2. В этом положении вращением руля 9 через рычаг 5 может выполняться поворот площадки 3 с поднятой наружной опорой 1 относительно опоры 2. После опускания наружной опоры движение продолжается в ином направлении.

Для обеспечения плавного опускания площадки 3 (рис.2 – фазы Б-В) устанавливают амортизаторы 4. Без них при резком ударе педалей водитель может не усидеть на сиденье.

А сейчас расскажем более подробно о некоторых конструктивных решениях, ориентируясь на максимальное использование готовых – звездочек, шатунов, педалей, цепей, руля. Для изготовления трубчатых элементов площадки и наружной опоры советуем использовать трубы 22х1,5 от раскладушки. Элементы площадки соединяются сваркой, а еще бы лучше – пайкой латунью.

Валы 7 вращаются в разъемных подшипниках с разрезными фторопластовыми вкладышами. Для снижения веса хорошо бы выполнить валы из стальных подходящего размера.

Исходя из ориентировочного расчета (вес площадки с водителем – порядка 80 кг, усилие на педаль не более 15-20 кг) передаточное отношение ведущей 12 и ведомой 11 звездочек должно быть порядка 4…4,5.

Поворотный механизм показан на рисунке 3. Поворотная площадка состоит из трубы-опоры 1 с пластинами 8 на концах, фланцем и шкворнем 2, вращающимся в соответствующем отверстии основной площадки. На ее поперечной трубе имеется также фланец, а между фланцами для снижения трения – промежуточная фторопластовая шайба 3. Вращение поворотной площадки производится за палец 4 рычагом 5, закрепленным на конце рулевого вала 7. Вал проходит через рулевую колонку 6, на верхнем конце которой закреплен руль. Для улучшения сцепления с к пластинам 8 крепятся на клею или приклепываются резиновые накладки 9.

У концов опорных поверхностей, наружной опоры также установлены резиновые накладки, например, отрезки велосипедной покрышки длиной 100…150 мм (они показаны на рисунке 1).

Амортизатор (рис.4) выполняется из велосипедного шинного насоса 1. В отверстие для шланга ввертывается переходник 4 для шарнирного соединения с пальцами площадки 5. Шток насоса (без рукоятки) через палец 7 и хомут 6 также шарнирно соединяется с наружной опорой. К корпусу насоса приваривается или припаивается латунью бобышка 2 с дроссельным винтом 3 для регулирования выхода воздуха из цилиндра, чем и настраивают плавное опускание площадки, то есть собственно амортизацию. Настройка правого и левого амортизаторов должна быть одинаковой, иначе площадка при опускании будет перекашиваться.

Существующие модели шагоходов имеют ряд крупных недостатков: скорость этих машин не превышает обычно 8-10 км/ч; они движутся неравномерно или испытывают колебания в вертикальной плоскости; шагающие механизмы взаимно неуравновешены.

Решение этих проблем позволит создать новый вид транспорте, способный перемещаться по любому бездорожью вновь осваиваемых районов, преодолевать спуски и подъемы до 45°.

Шагающие машины могут найти применение при перевозке руды, угля из открытых карьеров, при строительстве котлованов для электростанций, дорог и других сооружений. Технически реальна постройка шагоходов грузоподъемностью 100 т и более.

Проведем некоторые сравнения колеса, гусеницы и шагающего механизме при движении по неровному грунту.

На рисунке 1 колесо перекатывается через неровности высотой «А». Часть препятствия «Б» «войдет» в пневматическую шину, ось колеса поднимется на высоту «В», и центр тяжести аппарата поднимется на высоту «Г». Шина изготовлена из армированной резины, разность сил при деформации и при возвращении в исходное положение большая.

При перекатывании же колеса по мягкой дороге деформируется грунт. На это также затрачивается большая энергия. Так, при перемещении колесного трактора по влажной вспаханной почве на деформацию грунта уходит более половины энергии, подводимой к колесу.

Теперь рассмотрим гусеничный движитель (рис. 1). Его лента имеет шарниры, соединенные пальцами. Когда она ложится на твердое препятствие, как показано на схеме, звенья гусеницы поднимаются. Катки, проходящие через поднятые звенья, также поднимаются, частично сжимая пружины кареток; происходит подъем центра тяжести аппарата, на что затрачивается дополнительная мощность. Значительная потеря энергии вызвана и трением в открытых шарнирах, которые имеют повышенный износ.

У шагающего движителя опорные поверхности представляют собой «лыжу», которая может иметь обрезиненную нижнюю поверхность. Когда такая пыжа становится на неровный грунт (рис. 1), она опирается только на вершины выступов. Все выступы и углубления лыжей не копируются. Следовательно, центр тяжести аппарата от неровностей почвы в пределах длины лыжи не колеблется.

В шагающем механизме «нога» в нижнем положении должна двигаться по прямой линии с постоянной скоростью. Эти условия хорошо выдерживаются в механизме П. Чебышева (рис. 2).

При вращении кривошипа точка А движется в верхней части траектории по кривой линии с переменной, в внизу - по прямой с постоянной скоростью.

В предлагаемом шагающем механизме (рис. 4) проблема движения и устойчивости решается тем, что к «прямилу» П. Чебышева добавляются сдвоенные параллелограммы, создающие такую же кривую и в той же плоскости, что и точка А, только со смещением по ходу движения. Устойчивость же самой «ноги» обеспечивается тем, что она сверху имеет жесткое крепление, в внизу - достаточно большую площадь опоры.

Но, чтобы передвигаться, одной «ноги» мало. Поэтому в одном корпусе, заменяющем колесо, нужно установить два шагающих механизма (рис. 3). При вращении общего кривошипа точки Б и Б1 движутся по одинаковым траекториям, причем, когда одна «нога» еще не оторвалась от поверхности, другая уже опирается на нее.

1 - кривошип, 2 - 6,8 - рычаги, 7 - «нога», 9 - рама корпуса, 10 - опора; размеры рычагов 2, 3, 6 8 - зависят от радиуса кривошипа Икр; размеры рычагов 4 и 5 произвольны, но равны между собой и расстоянию «А» между осями рычагов 8 и 3; «К» - расстояние между осями рычага 3 и кривошипа - равно 2Rкр; длина «ноги» произвольна, а шаг ее равен четырем радиусам кривошипа.

1 - платформа машины, 2 - двигатель, 3 - муфта. 4 - механизм «шагания», 5 - опора «ноги».

Модель шагохода выполнена по схеме гусеничной машины. Одна гусеница заменяется шагающим механизмом с двумя «ногами» в одном корпусе. Поворот осуществляется за счет разности скорости противоположных пар «ног». Радиус кривошипа равен 10 см. На модели, построенной в ЦСЮТ РСФСР, стоит электродвигатель, питаемый от сети 220 в, а передача вращения от него на шагающие механизмы осуществляется автоматической бесступенчатой передачей с независимым приводом на каждую пару «ног». Это устройство автоматически регулирует передаточное число в зависимости от нагрузки при движении шагохода. Двигатель же все время работает на одних оборотах, нагрузка на нем постоянная, не зависящая от нагрузки на «ноги».

Для обеспечения устойчивого равновесия системы и ликвидации колебания центра тяжести шагающая машина имеет четыре пары «ног». Каждая пара постоянно находится во взаимно противоположном состоянии, поэтому на земле всегда стоят минимум четыре «ноги».

Каждый механизм из двух «ног» присоединен к корпусу через упругий узел (рессору, пневматическую подушку). Поверхность опорных лыж может быть большая, поэтому колебания машины от неровностей почвы, как у колеса, отсутствуют. Положение рычагов и «ног» всегда взаимно противоположное, поэтому система полностью уравновешена.

А. ПОПОВ, заведующий лабораторией экспериментального транспорта ЦСЮТ РСФСР

Нет ничего интереснее шагающего робота, ведь именно такой робот как нельзя лучше имитирует настоящих живых существ, которые живут с нами на нашей планете. Сделать такого робота не сложно, но нужно иметь желание и некоторые навыки в сфере электроники.

Материалы и инструменты:
- кусок медного провода;
- два держателя пальчиковых батареек;
- два монолитных керамических конденсатора по 0.22 мФ;
- один резистор номиналом 3.3М;
- 74НСТ240 октальный чип инвертора на восемь каналов (один);
- 20 pin DIP 74ХХ240 или же 74ХХ245 (один);
- серводвигатель (один);
- выключатель;
- одна пластиковая шестерня;
- соединитель проводов.

Шаг первый. Подготовка шестерней
Нужно взять пластиковую шестерню и разрезать ее на две одинаковых части. Затем нужно снять рожок и с помощью клея закрепить его к одному полукругу.

Также на этом этапе понадобится пластиковая трубочка подходящего диаметра, ее нужно приклеить к полукругу. Рожок серводвигателя впоследствии ставится на родное место. На медный провод затем нужно надеть пластиковую трубку. На этом этапе работу можно считать оконченными.