Механизм ног

Strandbeest Тео Янсена, группа плоских шагающих механизмов.

Механизм ног (механизм ходьбы) — механическая система, предназначенная для создания движущей силы за счет прерывистого фрикционного контакта с землей. В этом отличие от колес или непрерывных гусениц , которые предназначены для поддержания постоянного фрикционного контакта с землей. Механические ноги — это соединения , которые могут иметь один или несколько приводов и могут выполнять простое плоское или сложное движение. По сравнению с колесом механизм на ножках потенциально лучше приспособлен для работы на неровной местности, поскольку он может преодолевать препятствия. ^[1]

Ранняя конструкция ножного механизма под названием « Стопоходная машина» Пафнутия Чебышева была показана на Всемирной выставке (1878 г.) . Имеются оригинальные гравюры для этого ножного механизма. ^[2] Конструкция механизма ног для транспортного средства с адаптивной подвеской штата Огайо (ASV) представлена в книге 1988 года «Машины, которые ходят» . ^[3] В 1996 году ВБ. Шие представил методологию проектирования ножных механизмов. ^[4]

Работы Тео Янсена . ^[5] см. связь Янсена , особенно вдохновила на разработку механизмов ног, а также патент Кланна , который является основой механизма ног Mondo Spider .

Цели дизайна [ править ]

горизонтальная скорость как можно более постоянная при касании земли (фаза поддержки) ^[1]^[6]
пока стопа не касается земли, она должна двигаться как можно быстрее
постоянный крутящий момент/усилие (или, по крайней мере, отсутствие резких скачков/изменений)
высота шага (достаточная для просвета, не слишком большая для сохранения энергии)
ступня должна касаться земли как минимум половину цикла для механизма с двумя или четырьмя ногами ^[1] или соответственно треть цикла для трех/шестиветвевого механизма
минимальная движущаяся масса
вертикальный центр масс всегда внутри основания опоры ^[1]
скорость каждой ноги или группы ног должна контролироваться отдельно для рулевого управления ^[6]
механизм ног должен позволять ходить вперед и назад ^[6]

Другая цель разработки может заключаться в том, чтобы оператор мог контролировать высоту, длину шага и т. д. ^[6] Этого можно относительно легко достичь с помощью гидравлического механизма опор, но практически невозможно с помощью кривошипно-шатунного механизма. ^[6]

Оптимизацию необходимо проводить для всего автомобиля – в идеале изменение силы/крутящего момента во время вращения должно компенсировать друг друга. ^[1]

История [ править ]

Ричард Ловелл Эджворт в 1770 году попытался сконструировать машину, которую он назвал «Деревянная лошадь», но безуспешно. ^[7]^[8]

Патенты [ править ]

Патенты на конструкции ножных механизмов варьируются от вращающихся кривошипов до четырех- и шестизвенных рычажных механизмов. ^[9] См., например, следующие патенты:

Патент США № 469,169 «Игрушка-фигурка», Ф.О. Нортон (1892 г.) .
Патент США № 1146700, Анимированная игрушка, А. Гунд (1915) . Механизм ног, образованный перевернутым ползунком-кривошипом .
Патент США № 1363460, «Прогулочная игрушка», Дж. А. Экелунд (1920) . Механизм ног, образованный вращающимся кривошипом с удлинителями, контактирующими с землей.
Патент США № 1576956, Четвероногий механизм ходьбы, Э. Данши (1926) . Четырехстержневой механизм ног , показывающий кривую сцепки, формирует траекторию стопы.
Патент США № 1803197, Прогулочная игрушка, PC Marie (1931) . Еще один с вращающейся кривошипной ножкой. механизм
Патент США № 1819029, Механическая игрушечная лошадка, J. St.C. King (1931) . Кривошипно-коромысловый механизм с односторонними фрикционными механизмами в ножке.
Патент США № 2591469, Анимированная механическая игрушка, Х. Сайто (1952) . Кривошипно -шатунный механизм с перевернутым ползунком для передней ножки и кривошипно-кулисный механизм для задней ножки.
Патент США № 4095661, шагающая рабочая машина, Дж. Р. Стерджес (1978) . Лямбда -механизм в сочетании с параллелограммной связью образует поступательную ногу, повторяющую кривую муфты.
Патент США № 6260862, Устройство для ходьбы, JC Klann (2001) . Кривая муфты четырехзвенной рычажной связи направляет нижнее звено последовательной цепи RR, образуя опорный механизм, известный как рычажный механизм Клана .
Патент США № 6,481,513, Один привод на каждую ногу роботизированного гексапода, M. Buehler et al. (2002) . Ножный механизм, состоящий из одного вращающегося кривошипа.
Патент США № 6488560, Устройство для ходьбы, Ю. Нисикава (2002) . Еще один механизм с вращающейся кривошипной ножкой.

Галерея [ править ]

Стационарный [ править ]

Связь Янсена
Связь Клана
Восьмистержневой механизм на ножках ^[10]
Прогулочное кресло Токийского технологического института ^[11]
Механизм ножки пантографа с 2 степенями свободы ^[12]
Механизм на ножках с 2 степенями свободы типа РПРПР. ^[13]
Strandbeest (примененная связь Янсена)
Связь Гассаи ^[1]
Стопоходная машина Чебышева ^[14]
ТротБот Рычаг (без пятки) ^[15]
ТротБот ^[16] Изменение скорости рычажного механизма при изменении высоты грунта
Страйдер ^[16] Изменение скорости рычажного механизма при изменении высоты грунта
Связь Страйдера ^[17]
Тропы связей Strandbeest, TrotBot, Strider и Klann

Прогулка [ править ]


*	4 ноги	6 ног
Пляжное животное
Гассаи
Кланн связь 1
Кланн связь 2
Стопоходный механизм
Тротбот ^[18]
Связь Страйдера ^[17]	Прототип страйдера, 4 ноги/сторона

Сложный механизм [ править ]

Выше показаны только плоские механизмы, но есть и более сложные механизмы:

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Гассаи, Аманда (20 апреля 2011 г.). Проектирование и оптимизация кривошипно-шатунного механизма (PDF) (Диссертация). Помонский колледж. Архивировано (PDF) из оригинала 29 октября 2013 года . Проверено 27 июля 2016 г.
^ П.Л. Чебышев. Стопоходная машинная гравировка . хранится в Музее искусств и ремесел Национальной консерватории искусств и ремесел Париж, Франция CNAM 10475-0000.
^ С.М. Сонг и К.Дж. Уолдрон (ноябрь 1988 г.). Машины, которые ходят: автомобиль с адаптивной подвеской . Массачусетский технологический институт Пресс. ISBN 9780262192743 .
^ ВБ Ши (1996). Проектирование и оптимизация плоских механизмов ног с симметричными траекториями движения точек стопы (Диссертация). Докторская диссертация, Университет Мэриленда.
^ Тео Янсен. Страндбист .
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Шигли, Джозеф Э. (сентябрь 1960 г.). Механика шагающих транспортных средств: технико-экономическое обоснование (PDF) (отчет). Факультет машиностроения Мичиганского университета. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 года . Проверено 27 июля 2016 г. Альтернативный URL
^ Гисбрехт, Даниэль (8 апреля 2010 г.). Проектирование и оптимизация восьмизвенного механизма ног с одной степенью свободы для шагающей машины (Диссертация). Университет Манитобы. HDL : 1993/3922 .
^ Аглоу, Дженни (2002). Лунные люди: пять друзей, чье любопытство изменило мир . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Фаррар, Штраус и Жиру. ISBN 0-374-19440-8 . Проверено 27 июля 2016 г.
^ Дж. Майкл Маккарти (март 2019 г.). Кинематический синтез механизмов: проектный подход . МДА Пресс.
^ Симионеску, Пенсильвания; Темпеа, И. (20–24 июня 1999 г.). Кинематическое и кинетостатическое моделирование механизма ног (PDF) . 10-й Всемирный конгресс по теории машин и механизмов. Оулу, Финляндия. стр. 572–577 . Проверено 27 июля 2016 г.
^ Фунабаши, Х.; Такеда, Ю.; Кавабути, И.; Хигучи, М. (20–24 июня 1999 г.). Разработка прогулочного кресла с механизмом саморегулирования положения для стабильной ходьбы по неровной местности . 10-й Всемирный конгресс по теории машин и механизмов. Оулу, Финляндия. стр. 1164–1169.
^ Симионеску, Пенсильвания (21–24 августа 2016 г.). MeKin2D: Пакет для кинематики плоских механизмов (PDF) . Технические конференции по проектированию и инженерному проектированию ASME 2016 и конференция по компьютерам и информации в инженерии. Шарлотт, Северная Каролина, США. стр. 1–10 . Проверено 7 января 2017 г.
^ Симионеску, Пенсильвания (2014). Инструменты компьютерного построения графиков и моделирования для пользователей AutoCAD (1-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 978-1-4822-5290-3 .
^ «Стопоходная машина — Механизмы П.Л. Чебышева» .
^ Вэгл, Уэйд. «Планы связи TrotBot» . Ходоки своими руками .
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б «Прикладное исследование Шигли» . Ходоки своими руками .
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Вэгл, Уэйд. «Планы связи страйдеров» . Ходоки своими руками .
^ «ТротБот» .

Внешние ссылки [ править ]

СМИ, связанные с механизмом ноги , на Викискладе?

[ghassaei-1] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Гассаи, Аманда (20 апреля 2011 г.). Проектирование и оптимизация кривошипно-шатунного механизма (PDF) (Диссертация). Помонский колледж. Архивировано (PDF) из оригинала 29 октября 2013 года . Проверено 27 июля 2016 г.

[2] П.Л. Чебышев. Стопоходная машинная гравировка . хранится в Музее искусств и ремесел Национальной консерватории искусств и ремесел Париж, Франция CNAM 10475-0000.

[3] С.М. Сонг и К.Дж. Уолдрон (ноябрь 1988 г.). Машины, которые ходят: автомобиль с адаптивной подвеской . Массачусетский технологический институт Пресс. ISBN 9780262192743 .

[4] ВБ Ши (1996). Проектирование и оптимизация плоских механизмов ног с симметричными траекториями движения точек стопы (Диссертация). Докторская диссертация, Университет Мэриленда.

[5] Тео Янсен. Страндбист .

[Shigley-6] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Шигли, Джозеф Э. (сентябрь 1960 г.). Механика шагающих транспортных средств: технико-экономическое обоснование (PDF) (отчет). Факультет машиностроения Мичиганского университета. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 года . Проверено 27 июля 2016 г. Альтернативный URL

[7] Гисбрехт, Даниэль (8 апреля 2010 г.). Проектирование и оптимизация восьмизвенного механизма ног с одной степенью свободы для шагающей машины (Диссертация). Университет Манитобы. HDL : 1993/3922 .

[8] Аглоу, Дженни (2002). Лунные люди: пять друзей, чье любопытство изменило мир . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Фаррар, Штраус и Жиру. ISBN 0-374-19440-8 . Проверено 27 июля 2016 г.

[9] Дж. Майкл Маккарти (март 2019 г.). Кинематический синтез механизмов: проектный подход . МДА Пресс.

[10] Симионеску, Пенсильвания; Темпеа, И. (20–24 июня 1999 г.). Кинематическое и кинетостатическое моделирование механизма ног (PDF) . 10-й Всемирный конгресс по теории машин и механизмов. Оулу, Финляндия. стр. 572–577 . Проверено 27 июля 2016 г.

[11] Фунабаши, Х.; Такеда, Ю.; Кавабути, И.; Хигучи, М. (20–24 июня 1999 г.). Разработка прогулочного кресла с механизмом саморегулирования положения для стабильной ходьбы по неровной местности . 10-й Всемирный конгресс по теории машин и механизмов. Оулу, Финляндия. стр. 1164–1169.

[12] Симионеску, Пенсильвания (21–24 августа 2016 г.). MeKin2D: Пакет для кинематики плоских механизмов (PDF) . Технические конференции по проектированию и инженерному проектированию ASME 2016 и конференция по компьютерам и информации в инженерии. Шарлотт, Северная Каролина, США. стр. 1–10 . Проверено 7 января 2017 г.

[13] Симионеску, Пенсильвания (2014). Инструменты компьютерного построения графиков и моделирования для пользователей AutoCAD (1-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 978-1-4822-5290-3 .

[14] «Стопоходная машина — Механизмы П.Л. Чебышева» .

[TrotBot_Linkage_Plans-15] Вэгл, Уэйд. «Планы связи TrotBot» . Ходоки своими руками .

[Shigley's_Study_Applied-16] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б «Прикладное исследование Шигли» . Ходоки своими руками .

[Strider_Linkage_Plans-17] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Вэгл, Уэйд. «Планы связи страйдеров» . Ходоки своими руками .

[18] «ТротБот» .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]