Ходим по потолку

16 Февраль 2011
By

Природа подсказала немало идей современным конструкторам. Крылья для полета, колесо… Но вот ходить подобно четвероногим, а тем более двуногим еще не один механизм не научился. Этой проблемой занимаются самые знающие и подготовленные люди в специально созданных поисковых лабораториях, а опытные образцы шагоходов можно перечесть по пальцам. Да и те пока годны лишь для экспериментальных целей.
Сложнейшие системы стабилизации, лазерные дальномеры, оптоэлектронные схемы распознавания неровностей «дороги», умнейшая компьютерная начинка — даже это не помогло приблизиться к шагоходу, сравнимому с самым примитивным природным прототипом. Но, может быть, и не стоит гнаться за сверхуниверсальностью? Ведь самые простые механизмы способны решать не менее важные задачи. Давно, например, существуют шагающие экскаваторы, и никому не приходит в голову искать замену их несколько утрированным ногам. Они служат на «отлично», обогнав по эксплуатационным характеристикам все другие средства перемещения землеройных машин.

Давайте и мы вместе с вами попробуем сделать экспериментную модель шагохода, не гоняясь за сверхзадачами. Поставим цель: машина должна удерживаться в движении на любой наклонной поверхности, вплоть до потолка. Ограничение универсальности приведет нас к очень простым, но эффективным конструктивным решениям как узлов, так и всей машины в целом. Прежде всего внимательно познакомимся с рисунками и разберемся, как работает наш шагоход. Основание его монтируется на осях, укрепленных на двух одинаковых Т-образных рычагах, несущих на свободных концах узлы ног. К центру модели отходят вильчатые плечи рычагов-пластин, через прорези которых проходит нижний штифт кривошипного вала. Представьте, что этот вал приведен во вращение. Штифт, двигаясь по окружности, заставит рычаги качаться на своих осях. «Стопы» правой и левой ног будут попеременно то расходиться, то сходиться… Рассматривая динамику движения, имейте в виду, что оси рычагов расположены на переднем и заднем (относительно хода модели) концах основания.

Однако для движения машины этого мало — шагоход пока научился лишь «сучить» ногами. Чтобы перемещения стали «осмысленными», нужна система поочередной фиксации «стоп», как бы прилипающих к поверхности. Задача решается введением вакуумной системы. Она включает в себя пару пневмоцилиндров и рычаг, качающийся под воздействием проходящего .через его прорезь верхнего штифта кривошипного вала. Нетрудно сообразить, что достаточно воспроизвести показанную на рисунках схему подсоединения присосок к пневмоцилиндрам и подобрать опытным путем взаимное положение верхнего и нижнего кривошипов, как шагоход сможет при включении двигателя начать движение. К плоскости будут присасываться то передняя левая и задняя правая пара ног, то другая пара… В конструктивном плане наша модель очень несложная и можно ограничиться лишь некоторыми рекомендациями по ее изготовлению.

Основание — фанерная пластина; но лучше.ее вырезать из листового пластика толщиной от 3 до 6 мм — тогда прямо в пластине можно нарезать резьбовые гнезда под крепление всех деталей шагохода. Т-образные пластины-рычаги лучше выпилить из алюминия, так как здесь важна прочность в местах монтажа присосок, износостойкость пазов в вильчатых рычагах и возможность регулировки «стоп» по1 высоте, что легко обеспечить простым подгибом металла. Толщину в 3 мм нам диктуют и присоски, которые проще всего использовать готовые. Самые подходящие можно взять от различных мыльниц и крючков для ванных комнат. Эти детали и показаны на рисунках. После сборки по их оси шилом прокалывают отверстия и плотно вставляют , в них медные трубки для подсоединения шлангов вакуумной системы. Пневмоцилиндры — также готовые детали. Найти их можно либо в упаковке некоторых лекарств, либо взять из игрушки «котята в лукошке» (там отличные пневмоцилиндры использованы в системе звуковоспроизведения «мяуканья», когда нажимаешь на головку котенка). Детали ставятся на алюминиевом рычаге, вырезаемом по размерам пневмоцилиндров. Учтите, что в нейтральном положении рычага оба цилиндра должны быть наполовину сжаты. Из полосок алюминия вырезают и кронштейн коленчатого вала.

В качестве силового двигателя вполне подойдет электромотор от какой можно встретить на прилавках магазинов «Юный техник». Как правило, все они рассчитаны на напряжение питания около 3 В и дают под нагрузкой порядка 1,5 тыс. об/мин. Скорость же перестановки ног модели — примерно один шаг в секунду. Это значит, что придется вводить в силовую схему привода редуктор с передаточным отношением, близким к 1:250. Он, кстати, не только снизит обороты коленчатого вала, но одновременно почти -во столько же раз увеличит вращающий момент привода, что вполне достаточно для срабатывания вакуумной системы.

Самый простой и надежный вариант редуктора показан на рисунках — одноступенчатый, червячный, самодельный. В качестве «червяка» в нем использован обычный винт М5 (шаг резьбы равен 0,8 мм), а червячное колесо нарезается с помощью метчика М5 на торце круглой заготовки из пластика. Диаметр заготовки нетрудно рассчитать, зная формулу длины окружности, число зубьев колеса —250 и шаг —0,8 мм. Нужно еще прибавить высоту зуба к диаметру, после чего разместить детали приспособления.

При резьбе М5 и передаточном отношении редуктора 1:250 диаметр заготовки червячного колеса равен 64 мм. Более мощный мотор может повысить быстроходность модели, но необходимо поставить на нее и более «медленный» редуктор с «червяком» из винта МЗ с шагом 0,5 мм. Правда, в таком случае высота зубцов на колесе будет невелика, и придется увеличить плечо на кронштейне коленчатого вала, чтобы удерживать вращающийся конец закрепленного на валу мотора. Пример такого решения и показан на рисунках.
После сборки модели проверьте легкость движения ее узлов и правильность соединения пневмосхемы. Источник питания мотора (одна плоская батарейка) помещается в пульте управления и соединяется с шагоходом двужильным проводом достаточной длины. На пульте надо смонтировать кнопку включения питания. Учтите, модель при регулировке в неподвижном состоянии должна стоять на всех «ногах» одновременно. Если все сделано правильно, шагоход вознаградит вас необычным зрелищем — прогулкой по потолку.
В. НОВИКОВ, инженер-конструктор. Журнал Юный техник.

Tags: ,

Оставить комментарий


Ссылки: