Кибернетическая картина мира. Есть многое на свете, друг Горацио, что недоступно нашим
 Скачать 14.04 Mb.
|
|
Манипуляторы.они являются одной из наиболее разработан- ных механических частей роботов. основная задача манипулятора заключается в воспроизведении движений руки человека. Поэтому для того, чтобы создать манипулятор, приближающийся по своим кинематическим и динамическим характеристикам к руке челове- ка, необходимо учитывать биомеханические особенности руки. в этом направлении проделана большая работа и созданы раз- нообразные конструкции манипуляторов с электрическим, гидрав- лическим или пневматическим приводом. Их предшественниками были копирующие манипуляторы, управляемые непосредственно человеком и являющиеся лишь удлинителями рук человека. все многообразие их конструкций укладывается в рамки кинематиче- ской разомкнутой цепи с шарнирами (см. рис. 3.2). Манипуляторы отличаются друг от друга, прежде всего, чис- лом степеней подвижности. У одних она минимальна и равна трем. К ним относится манипулятор промышленного робота «верса- тран», который работает в цилиндрической системе координат. Большинство манипуляторов имеют семь степеней подвижно- сти и лишь некоторые их них – десять. С ростом числа степеней подвижности возрастает разнообразие работ, выполняемых мани- пулятором, но при этом усложняется процесс управления им. На рис. 3.3, а–г приведены кинематические схемы действующих ма- нипуляторов четырех типов, которые представляют собой сочета- ния поступательных и вращательных звеньев. Большим разнообразием отличаются конструкции схвата ма- нипулятора. обычно предусматривается автоматическая смена инструмента, который вставляется вместо схвата при выполнении отдельных работ. 130 важным отличием одних конструкций манипуляторов от других является место расположения двигателей, которые поворачивают отдельные звенья манипулятора. в ранних конструкциях двига- тель размещался вне руки, и усилия от него передавались либо с помощью тросовой передачи, либо с помощью зубчатых передач. Позднее появились манипуляторы с гидроприводом, рабочие ци- линдры которого размещались прямо на суставах руки. в послед- нее время, в связи с появлением волновых редукторов, оказалось возможным существенно усовершенствовать электропривод и раз- мещать его также на суставах манипулятора. описанию конструк- ций манипуляторов посвящена довольно обширная литература. Поэтому, не останавливаясь подробно на этом вопросе, перейдем к описанию конструкции подвижной платформы, на которой может быть установлен манипулятор. Рис. 3.3. Кинематические схемы манипуляторов: а – «Версатран»; б – «Мастэр-слейв»; в – «Маскот»; г – «Битл» 131 Механизмы для передвижения роботов.во многих роботах для перемещения используется шасси колесного типа. Но в ряде слу- чаев оказывается целесообразным использовать шасси с шагающи- ми устройствами. Их конструкции еще далеки от совершенства, но уже можно описать некоторые типы шагающих машин. выбор оптимальной схемы перемещения для подвижных объек- тов типа «робот» играет решающую роль в повышении эффектив- ности. Число степеней подвижности отличается от числа степеней сво- боды механической системы. Степень подвижности – это просто число координат системы, которые могут изменяться. А число не- зависимых обобщенных координат называется числом степеней свободы всей системы и определяется требованиями к эксплуата- ционным характеристикам, состоянием поверхности и окружаю- щей среды. Ниже приводится сравнительный анализ трех основных типов движителей: гусеничного, колесного и шагающего. Справедливости ради, следует отметить, что до настоящего вре- мени для наземного перемещения использовались движители пер- вых двух типов, и лишь с расширением области применения робо- тов и необходимостью проникновения в труднодоступные районы появились движители шагающего типа, которые, по мнению мно- гих исследователей, могут стать серьезным конкурентом колесных и гусеничных устройств. для того чтобы выбрать оптимальную схему перемещения, не- обходимо прежде всего правильно установить критерии оценки. оптимальной может считаться схема, позволяющая выполнить по- ставленную задачу с минимальной затратой энергии. задачей лю- бого перемещающего устройства является прохождение определен- ного расстояния для достижения конечной цели вне зависимости от препятствий, встречающихся на пути устройства, и того, будут ли эти препятствия преодолеваться или обходиться. Сравнение средств перемещения можно производить по вели- чине энергозатрат, весу и габаритным размерам в зависимости от состояния окружающей среды, несущей способности грунта и раз- меров препятствий. Скорость перемещения намеренно не вводится в число параме- тров оценки, так как при перемещении по сильно пересеченной местности скорость колесных и гусеничных устройств снижается на 40–60%, приближаясь, таким образом, к скорости шагающих 132 устройств, и, следовательно, сравнение можно производить при одинаковой скорости перемещения. Кроме этого, для автомати- ческих, самодвижущихся систем типа «робот» вводится дополни- тельное ограничение на скорость перемещения, состоящее в сле- дующем. Связь с перемещающимся объектом, находящимся на значи- тельном расстоянии, может иметь задержку по времени порядка нескольких секунд. эта задержка в сочетании с ограничением раз- решающей способности телевизионного изображения, используе- мого для управления самодвижущимися устройствами, и будет на- кладывать ограничение на верхний предел скорости, так как вре- мя прохождения расстояния до препятствия должно быть больше суммарного времени коммутационной и операторной задержки. это ограничение относится лишь к самодвижущимся устройствам, управляемым дистанционно и не имеющим достаточного набора подпрограмм для преодоления препятствий. остановимся подробнее на анализе энергозатрат, которые ха- рактеризуются мощностью, расходуемой на совершение полезной работы, деформацию поверхности, трение в механизмах и потери в приводных двигателях. Силы, препятствующие движению перемещающихся устройств, можно разделить на внутренние и внешние. внутренние силы пред- ставляют собой силы трения в движущихся частях устройства. К внешним силам относятся: сила сопротивления движению, вызван- ная деформацией грунта; сила, возникающая при движении по на- клонной плоскости, которая может быть как положительной, так и отрицательной; сила сопротивления среды. Сравнение энергоза- трат проведем для одних и тех же условий среды и состояния по- верхности, поэтому две последние силы можно не рассматривать. Условие движения гусеничной машины определяется неравен- ством Р < Р ϕ , где Р – сила сопротивления движению; Р ϕ – сила тяги по сцеплению. в свою очередь, Р = f г Q, где f г – коэффициент сопро- тивления прямолинейному движению, зависящий от качества грун- та и конструктивных особенностей ходовой части; Q – вес машины. величина коэффициента f г равна 0,03–0,15 для шоссе, 0,20 – для песка и 0,25 – для снега. Сила тяги по сцеплению Р ϕ = ϕ г Q, где ϕ г – коэффициент сцепления, равный 0,74–0,80 для шоссе, 0,45 – для песка и 0,40 – для снега. Максимальный угол подъема по сцеплению определяется фор- мулой а = arctg( ϕ г – f г ). 133 Условие движения колесной машины, как и для гусеничной, определяется неравенством Р < Р ϕ (рис. 3.4, а). Только в этом случае f k Q, где f k – коэффициент сопротивления качению, рав- ный 0,012–0,018 для шоссе, 0,20 – для песка и 0,25 – для снега, а Р ϕ = ϕ k Q, где ϕ k равно 0,5–0,8 для шоссе, 0,4 – для песка и 0,3 – для снега. Условие движения шагающей машины.Рассмотрим взаимодей- ствие опорной части шагающего движителя с грунтом. Условимся, что плоскость действия сил и плоскость движения устройства со- впадают с плоскостью листа (рис. 3.4, б). Если же учитывать момен- Рис. 3.4. Силы, действующие: а – на жесткое колесо при качении по деформируемому грунту: h – величина деформации грунта; v – направление перемещения; Rk, Qk – составляющие реакции опоры колеса; б – на опору шагающего устройства: Qn, Fn – составляющие реакции опоры конечности шагающего устройства 134 ты трения в шарнирах, которые относятся к внутренним силам, то реакция грунта Р, являющаяся равнодействующей всех внешних сил, пройдет через ось шарнира, так как в противном случае не бу- дет соблюдено равенство нулю моментов всех действующих сил от- носительно шарнира. в отличие от колесного и гусеничного движителя сила F n – го- ризонтальная составляющая реакции грунта, R n будет силой со- противления движению лишь в начальный момент касания ноги с грунтом, т. е. в момент деформации грунта, а остальное время цикла движения работа будет затрачиваться лишь на преодоление сил трения в движущихся частях устройства. Характер взаимо- действия опорной части шагающего движителя с грунтом такой же, как и у шпор гусеницы. Сила сцепления опорной части ша- гающего движителя с грунтом равна Р ϕ ≈ ϕ ш Q, где ϕ ш – коэффи- циент сцепления, который можно рассчитать по эмпирическим формулам с учетом геометрии опоры или определить эксперимен- тально. Условие движения шагающей машины определится неравен- ством Р ϕ > F s , где F s – инерционная сила сопротивлению движе- ния, приведенная к опорному звену (сила сопротивления разгону). Из этого соотношения следует, что при наличии малой Р ϕ можно, задавшись малыми ускорениями движения, избежать буксования опорных звеньев шагающего движителя относительно грунта. Сравнение движителей по энергозатратам на перемещение. затраты мощности на перемещение определяются работой, затра- чиваемой на деформацию грунта, на преодоление трения в движу- щихся частях и на преодоление сопротивления среды. Работа по деформации грунта для колеса и гусеницы представ- ляет собой произведение силы сопротивления движению на путь, пройденный устройством. для шагающего движителя работа по деформации грунта будет зависеть от длины шага и площади опо- ры, так как в отличие от первых двух типов движителей, в которых грунт деформируется непрерывно, здесь деформация происходит дискретно. отсюда можно вывести соотношение для определения работы по деформации грунта для шагающих устройств: А = L/l ш l ст f ш.у Q ш.у , где L – пройденный путь; l ш – длина шага; l ст – длина стопы; f ш.у – коэффициент сопротивления шаганию; Q ш.у – вес шагающего устройства. 135 для колесных и гусеничных машин эта зависимость будет сле- дующей: А = LfQ к.м(г.м) Работу на единице пути можно представить для шагающих, гу- сеничных и колесных машин соответственно в виде ñò ø.ó ñò ø.ó ø.ó ø l A l l Q ; l = (3.1) А г.м = f г.м Q г.м ; (3.2) А к.м = f к.м Q к.м Из приведенных величин коэффициентов сопротивления f дви- жению и из литературных данных [17] видно, что колесные маши- ны имеют преимущество перед гусеничными на твердых грунтах (шоссе, твердые грунтовые дороги). Кроме того, при движении по твердому грунту работа по деформа- ции грунта весьма незначительна. Практически грунт почти не де- формируется, а затраты энергии определяются в основном потерями в трансмиссии и двигателе, а также сопротивлением среды. Поэтому на твердых грунтах (шоссе, грунтовая дорога) колесные движители имеют бесспорное преимущество перед любым другим типом движи- теля, т. е. с точки зрения потерь на деформацию грунта шагающие устройства обладают преимуществами лишь на рыхлых и мягких грунтах, обладающих большой пластической деформацией. для шагающих устройств в настоящее время неизвестны значе- ния коэффициента f, но есть все основания полагать, что он немно- гим будет отличаться от коэффициента f для колесных машин и уж, во всяком случае, не будет превышать его. Так как формулы опре- деления работ по деформации грунта для колесных и гусеничных машин одинаковы, а коэффициент различается незначительно, то, следовательно, и работы по деформации грунта будут одинаковы- ми. Поэтому сравнение работ целесообразно проводить лишь для колесных и шагающих машин. для сравнения принимаем Q ш.у = = Q к.м = 300 кгс. По формулам (3.1) и (3.2) можно построить графи- ки сравнения работ по деформации грунта для колесных и шагаю- щих машин в зависимости от коэффициента сопротивления движе- нию f. Работа на деформацию грунта для шагающих машин значи- тельно меньше, чем для колесных (естественно, и для гусеничных), за счет дискретной колеи. Но это вовсе не значит, что шагающие 136 машины имеют полное преимущество перед колесными и гусенич- ными, так как на шоссе и грунтовых дорогах последние могут раз- вивать скорость, которая никогда не будет достигнута шагающими устройствами. Из формулы (3.1) следует, что с увеличением длины шага, по- скольку потери энергии за один шаг постоянны, потери на дефор- мацию грунта за единицу пройденного расстояния могут быть как увеличены, так и уменьшены. Но с увеличением длины шага уве- личивается и вес ноги, приблизительно как l 3/5 , где l – длина ноги, что ведет не столько к увеличению веса всей системы, сколько к увеличению инерционных нагрузок. Следовательно, длина шага должна выбираться конкретно для каждого случая в зависимости от конструкции шагающего движителя и требований, предъявляе- мых ко всей системе. здесь же, вероятно, целесообразно рассмотреть и возможности минимизации удельного давления на грунт q, так как оно пропорци- онально работе по деформации грунта. в конструкции любого типа движителя среднее удельное давление на грунт может изменяться в довольно широких пределах. для гусеничных машин оно нахо- дится в пределах (0,4–0,6) ⋅10 5 Па (0,4–0,6 кг/см 2 ). Считается, что машины высокой проходимости должны иметь q = (0,15–0,20) ⋅10 5 Па (0,15–0,20 кг/см 2 ). для сравнения можно указать, что давле- ние ноги человека равно (0,5–0,6) ⋅10 5 Па (0,5–0,6 кг/см 2 ), лыжни- ка – около 0,1 ⋅10 5 Па (0,1 кг/см 2 ), аэросаней – (0,04–0,05) ⋅10 5 Па (0,04–0,05 кг/см 2 ). для шагающих машин возможно достижение удельных давле- ний на грунт в пределах (0,15–0,20) ⋅10 5 Па, так как размеры стопы практически не оказывают заметного влияния на вес ноги, которая может быть выполнена в виде пустотелой конструкции. для гусеничных машин снижение удельного давления на грунт ограничивается допустимой шириной гусеницы. Габариты маши- ны, ограниченные по ширине условиями транспортировки, за- ставляют расширять гусеницу лишь вовнутрь за счет корпуса, что ведет к уменьшению полезного объема для остальных агрегатов и к ухудшению доступа к ним для обслуживания. Более эффектив- ным, если не учитывать явление бокового течения и выпирания грунта при взаимодействии с опорной поверхностью, является уве- личение ее длины. Сопротивление движению f для узкой гусеницы будет меньше из-за уменьшения объема прессуемого или вытесняе- мого грунта. Кроме этого, значительное уширение гусеницы ведет 137 к увеличению ее веса почти в квадратичной зависимости. С точки зрения учета бокового трения и выпирания грунта, которое у узкой гусеницы будет больше, чем у широкой, широкая гусеница имеет преимущество перед узкой. однако узкая гусеница обладает несо- мненным преимуществом в уменьшении буксования при одинако- вых условиях сравнения. Правда, применение узкой и длинной гусеницы опять-таки бу- дет ограничено возможными габаритами средств доставки, особен- но если речь идет о межпланетных транспортировках. Таким об- разом, выбор конструктивных параметров гусеничного движителя является чрезвычайно сложным вопросом и зависит от конкретных условий эксплуатации и возможностей средств транспортировки. Тем не менее, из последних выводов вытекает очевидное преи- мущество гусеничного двигателя перед колесным при движении на мягких грунтах. это преимущество заключается в уменьшении потерь на буксование. На твердых грунтах имеет место обратный эффект, так как там коэффициент сопротивления движению гусе- ницы, как было указано ранее, значительно меньше, чем у коле- са. Шагающие устройства, по-видимому, обладают в этом смысле определенными преимуществами перед колесными и гусеничны- ми, поскольку на форму и размеры опоры не накладывается ника- ких существенных ограничений. После проведенного сравнения и доказательства преимущества шагающих устройств по энергозатратам в определенных условиях может возникнуть вполне законное возражение, что в шагающих устройствах, помимо затрат энергии на деформацию грунта, требу- ются еще затраты энергии на холостой ход, т. е. на перенос ног и на преодоление инерционных нагрузок во время перемещения рабо- чего хода и, следовательно, такое сравнение неполноценно. Но, во- первых, шагающее устройство может быть полностью уравновеше- но как статически, так и динамически при помощи специальных устройств, как, например, любая артиллерийская установка; во- вторых, на шагающем устройстве может быть применен обратимый гидравлический привод, аккумулирующий энергию при попутной нагрузке, и, следовательно, энергия будет затрачиваться лишь на преодоление трения в шарнирах; в-третьих, как в колесных, так и в гусеничных машинах имеются неуравновешенные массы, на пре- одоление которых требуются затраты энергии, и, кроме того, поте- ри в трансмиссии колесных и гусеничных машин на пониженных передачах достигают значительных величин. 138 Немаловажным фактором в оценке эффективности различного типа движителей является также рассмотрение способа преодоле- ния различных препятствий и неровностей поверхности. У колес- ных и гусеничных машин способ преодоления препятствий в прин- ципе одинаков, так как и те, и другие устройства имеют непрерыв- ную колею. Любой бугор, камень, впадина, канава и т. д. будет вы- зывать вертикальное перемещение центра тяжести (цТ) системы и, следовательно, увеличивать затраты энергии на перемещение и за счет вертикального движения цТ, и за счет увеличения динамиче- ских нагрузок, являющихся следствием этого перемещения. Шагающие системы, имеющие дискретную колею, преодолева- ют препятствия принципиально другим способом, а именно пере- шагиванием через них. обладая достаточной гибкостью в управ- лении траекторией перемещения ноги, они могут перемещать цТ строго горизонтально, исключая, конечно, спуски и подъемы, и тем самым не затрачивать энергию на его вертикальное перемещение и дополнительные динамические нагрузки. Такой дополнительный выигрыш в затратах мощности на перемещение может зачительно увеличивать запас хода шагающих устройств. Следующим важным фактором оценки эффективности по затра- там мощности на перемещение является внутреннее трение. Потери на трение в колесном устройстве с жестким ободом, не имеющим в системе трансмиссии большого числа зубчатых пере- дач, сравнительно невелики. в шагающем устройстве за счет боль- шого числа шарниров и подвижных соединений эти потери выше. в гусеничных машинах ввиду наличия большого числа вращаю- щихся соединений (трансмиссионные валы, поддерживающие кат- ки, соединительные концы траков и т. д.), а также наличия зуб- чатых и других передач для редуцирования скорости приводного двигателя потери на трение будут еще выше. Таким образом, основ- ными соперниками по этому критерию оценки являются колесные и шагающие устройства. Но в любом колесном движителе имеются полноповоротные наружные вращающиеся валы, тогда как в ша- гающем устройстве углы поворота шарниров ног ограничены. для сред, имеющих большие перепады температур и низкий вакуум, проблема уплотнения и герметизации полноповоротных вращаю- щихся соединений весьма сложна. Кроме того, в условиях низкого вакуума могут иметь место диф- фузионные явления в материалах вращающихся соединений, что ведет к их заклиниванию. Подвод смазки к вращающимся соедине- 139 ниям в условиях низкого вакуума также является весьма сложной задачей, так как смазка в таких условиях мгновенно испаряется, и требуется высокая степень герметизации для обеспечения нор- мальных условий работы. Применение различных синтетических материалов для уменьшения трения без наличия смазки, за исклю- чением, пожалуй, телефона, пока не дает положительных резуль- татов. для шагающих устройств, имеющих вращающиеся соеди- нения с ограниченным углом поворота, проблемы герметизации и термостатирования не являются сложными на современном уровне развития техники и могут быть реализованы достаточно просто, как, например, в гибких сочленениях скафандра. Сравнение движителей по возможности преодоления препят- ствий.Рассмотрим технику преодоления препятствий различными типами движителей. При преодолении препятствия типа «уступ» гусеничной машиной размер препятствия определяется высотой Н расположения ленивца Л (рис. 3.5, а),которая выбирается в за- Рис. 3.5. Преодоление гусеничной машиной препятствий типа «уступ» (а) и «ров» (б) 140 висимости от многих других конструктивных параметров маши- ны. для гусеничных машин высота преодолеваемой вертикальной стенки колеблется в пределах от 0,5 м у легких машин до 1,2 м у тяжелых машин. высота преодолеваемого уступа у колесных ма- шин не может превышать треть диаметра колеса D (см. рис. 3.6, а). высота преодолеваемого уступа у шагающих устройств зависит как от длин звеньев ноги l 1 и l 2 , так и от углов разворота звеньев θ 1 и θ 2 (рис. 3.7). Проведенные исследования показали, что величина преодолеваемой вертикальной стенки для автономных шагающих устройств типа «робот» находится в пределах 0,7–2 м для систем с весом в пределах от 150 до 800 кгс соответственно (см. рис. 3.7). При преодолении гусеничной машиной препятствия типа «ров» ширина рва определяется длиной опорной части гусеничного обво- да Lи расположением цТ. При расположении ЦТ в середине опор- ной части обвода (рис. 3.5, б) ширина преодолеваемого рва может быть не более половины L.для современных гусеничных малых и тяжелых машин ширина преодолеваемого рва находится в преде- Рис. 3.6. Преодоление колесной машиной препятствий типа «уступ» (а) и «ров» (б, в) 141 лах от 1,5 до 4,5 м соответственно. для колесной машины ширина преодолеваемого рва В не может превышать половины диаметра колеса D(рис. 3.6, б).для восьмиколесного шасси ширина преодо- леваемого рва значительно увеличивается и определяется расстоя- нием между соседними колесами К.Преодоление рва для шагаю- щего устройства определяется длиной шага, т. е. размерами l l , l 2 и углами θ 1 и θ 2 (см. рис. 3.7). для указанных ранее весов шагающих устройств размеры преодолеваемых рвов лежат в пределах от 1,2– 3,5 м. Серьезным препятствием для колесных и гусеничных машин являются всевозможные надолбы, каменные тетраэдры и срублен- ный лес. Проходимость в этом случае определяют клиренсом ма- шины, который у гусеничных машин составляет 0,3–0,6 м, у ко- лесных – от 0,2 до 0,5 м, а иногда более. Сплошное нагромождение острых камней, каменных тетраэдров и т. п. является практически непреодолимым препятствием для колесных и гусеничных машин. Рис. 3.7. Преодоление препятствий шагающим устройством Рис. 3.8. Диапазон изменения клиренса шагающего устройства 142 Шагающие устройства благодаря большому диапазону изменения клиренса Т (рис. 3.8) довольно легко их преодолевают. Максимальный подъем, преодолеваемый гусеничными и колес- ными машинами, равен ∼35°, допустимый боковой крен – 30°. для шагающих машин эти параметры при необходимости могут быть увеличены за счет применения специальных грунтозацепов. Анализируя сказанное, можно сделать вывод, что гусеничные машины имеют преимущества перед колесным типом движителей при преодолении препятствий. Шагающие устройства обладают не- сомненным преимуществом перед любым типом движителя в усло- виях сложного рельефа поверхности, поскольку даже при одних и тех же размерах препятствий (например, рва) они обладают значи- тельно меньшим весом, чем гусеничные. Проведенное сравнение различных типов движителей, безуслов- но, является не полным, так как многие предположения нуждают- ся в экспериментальной проверке. При сравнении затрат мощности на перемещение нужно учитывать не только статическую деформа- цию грунта, но и динамические явления, происходящие в момент соприкосновения опоры с грунтом. Кроме этого, необходимо доста- точно полно учесть внутренние потери в различных движителях, что можно осуществить методом моделирования. Тем не менее из приведенного исследования можно сделать вывод, что шагающие устройства обладают преимуществом перед другими типами дви- жителей не только в условиях сложного рельефа поверхности, но и в условиях глубокого вакуума и большого перепада температур, поскольку вопросы герметизации и термостатирования решаются для них проще, чем для других типов движителей. Шагающие устройства обладают определенными преимуще- ствами при использовании их в качестве движителей автономных устройств типа «робот», поскольку при обеспечении их системой датчиков и бортовым вычислительным комплексом они дают более полную картину состояния поверхности и обладают большей гиб- костью поведения, чем колесные и гусеничные устройства в ана- логичной ситуации. за счет выигрыша в энергетических затратах (из-за дискретной колеи) в условиях сложного рельефа у шагаю- щих устройств может быть значительно увеличен запас хода по сравнению с другими типами движителей. При межпланетных транспортировках немаловажным преиму- ществом является и возможность складывания ног для уменьше- ния необходимого пространства внутри корабля, которое ограни- 143 чивается аэродинамическими силами, действующими на корабль во время старта. другие типы движителей в своем большинстве этим свойством не обладают. Более подробное исследование, основанное на методах модели- рования на эвМ и на экспериментальных данных, может дать за- висимости для четкого определения области применения того или иного типа движителя. Немаловажную роль при создании шагающей машины, управ- ляемой эвМ, играет выбор типа привода и источников энергии. При выборе типа привода необходимо, прежде всего, четко знать задачи, поставленные перед машиной, и условия, в которых она будет рабо- тать. в соответствии с этим выбирается источник энергии (турбина, двигатель внутреннего сгорания, пороховой двигатель, электриче- ские или гидравлические аккумуляторы, солнечные батареи и др.). в исполнительных механизмах могут быть использованы электри- ческие, пневматические или гидравлические двигатели. Шагающая машина, управляемая от эвМ, предусматривает отдельный двигатель на каждом суставе ноги. Таким образом, на каждую степень подвижности приходится по одному двигателю. Применение ротационных двигателей связано с преобразованием вращательного движения в поступательное, что влечет наличие до- полнительных механических частей типа реечных передач, тросо- вых и т. п. Поэтому целесообразно применять двигатели с поступа- тельным типом движения. электроприводы поступательного типа (шаговые электродви- гатели, электромагнитные муфты) неудовлетворительно работают в условиях большого перепада температур и обладают сравнительно большим весом и габаритами. электромагнитные муфты и шаговые двигатели являются приводами дискретными, что не всегда может удовлетворить требованиям к шагающим машинам. Кроме этого, при трех, четырехкратных перегрузках они выходят из строя. Получение низких скоростей выходного вала электроприво- да связано с применением редукторов. Наиболее целесообразным в этом случае является применение волновых редукторов, которые отличаются небольшими габаритами и весом при высокой степени редукции. Пневмопривод легко регулируется в большом диапазо- не, обладает хорошими весовыми характеристиками на единицу мощности, но при увеличении нагрузки на исполнительных орга- нах теряет жесткость характеристик и не приспособлен к работе в условиях большего перепада температур. 144 особого внимания заслуживает гидропривод. в современной про- мышленности он находит все более широкое применение, особенно в станкостроении (например, в станках с программным управлени- ем) и в различных конструкциях ЛА, где выполняет функции, ана- логичные «мышцам» шагающей машины. Широкое применение гидропривода объясняется его преиму- ществами, основными из которых являются малые габариты и вес, приходящиеся на единицу мощности. обычно габариты гидромото- ров составляют 10–13% от габаритов электродвигателей, а вес – от 10 до 20% веса электродвигателей той же мощности. важным пре- имуществом гидропривода является его малая инерционность. за счет этого время реверса мотора и разгона насоса от нулевой до пол- ной производительности составляет около 0,03–0,04 с. Преимуще- ством гидропривода является также возможность бесступенчатого регулирования выходной скорости при высокой степени редукции, а также плавность, равномерность и устойчивость движения, боль- шой срок службы и высокий КПд. Применение новейших рабочих жидкостей с диапазоном температур от минус 54 до 230 °С позво- ляет использовать гидропривод в любых климатических и темпе- ратурных условиях. Следует отметить, что в настоящее время нет единой теории информационных роботов, и она может быть построена только с учетом трех основных компонентов – конструкции, энергии и ин- формации. до сих пор информационный аспект совершенно не учи- тывался при создании подвижных систем. этим можно объяснить неуспех в постройке таких систем, как шагающая машина, ЛА с ма- шущими крыльями, плавающий аппарат с хвостом. По-видимому, решение двух последних задач можно искать в классе информаци- онных систем с датчиками обратной связи. Летательный аппарат- орнитоптер должен иметь датчики характеристик воздушного по- тока подобно птице, которая имеет чувствительные перья на груди. Плавающий аппарат с хвостом должен иметь датчики характери- стик водяного потока. эта информация должна перерабатываться вычислительной машиной для управления рабочими органами. |