Chodec

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 10. října 2022; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Chodítka neboli chodící stroje jsou různé stroje , které se pohybují pomocí nosných konstrukcí („nohy“), které jsou ohnuty nebo rotovány na pantu , metodou jejich synchronizovaného translačního přeskupení (navenek připomínající krok člověka, resp. zvíře, tedy stroj na "chodícím" pohybu) s hydraulickými , mechanickými , elektrickými a jinými pohony uvedených konstrukcí a jejich kombinací - elektromechanické , hydromechanické atd.

Vzhledem k konstrukční náročnosti provedení, nejednoznačnosti zamýšleného účelu a v důsledku toho nejistotě rozsahu praktického použití na jedné straně a na straně druhé nízké ceně, spolehlivosti a jednoduchosti obsluhy pozemní vozidla na tradičních verzích mobilní platformy (především kolová , pásová , kolejová , kabelová , stejně jako frézovací kroužek , magnetická levitace atd.), kráčející stroje se v reálném životě zatím široce nerozšířily. Z mechanismů používaných v praxi lze kráčející rypadla nazvat . Dalšími důležitými faktory, které brání jejich zavádění do průmyslu a národního hospodářství (a také jejich zavádění jako vojenská technika ) a je třeba se jimi zabývat, jsou náklady na energie, které jsou samy o sobě poměrně vysoké a zvyšují se s rostoucí hmotností pohybujícího se tělesa stroje. , délka pohyblivých nosných konstrukcí (chůze "končetiny") a amplituda kroku , stejně jako vestibulární zatížení lidského operátora ( řidiče ) v důsledku nestabilní polohy kabiny operátora ve "dvounohách" a "čtyřnohách" modely (proto je hlavní oblastí práce, která implementuje takové možnosti konfigurace pro nosné konstrukce pro chůzi , robotika , která nevyžaduje přítomnost osoby v autě a je ovládána vzdáleně nebo palubním počítačem s vestavěným algoritmus akcí).

Chodci jsou velmi populární ve sci-fi jako možné příklady pozemních vozidel (včetně vojenských), - zejména se nacházejí v anime a manga , kde se aktivně používají jako mecha-sentai žánrová funkce . Chodci se ve srovnání s kolovými a pásovými vozidly vyznačují zvýšenou průchodností terénem. Hlavním problémem při tvorbě chodítek je poměr ceny a účinnosti (včetně pochodové rychlosti), dále nedostatek dostatečně energeticky náročných a zároveň kompaktních zdrojů elektrocentrál a vysokorychlostních pohonů pro pěší nohy. Vývoj k vytvoření plnohodnotných chodících strojů však již probíhá.

Historie

Za tvůrce prvního chodítka v moderním slova smyslu lze považovat ruského vědce P. L. Čebyševa , který v 60.  - 70. letech 19. století . uspořádat pokusy s kráčejícími mechanismy různých konfigurací [1] Průmysl ani věda tehdejších let však taková zařízení nevyžadovaly a existovaly dlouhou dobu v podobě bizarních vynálezů, hraček apod. O jejich praktické aplikaci pro řešení průmyslových, resp. vojenské úkoly nepřicházely v úvahu. První racionalizační návrh na použití chodítek pro vojenské účely pochází z roku 1940 – v počáteční fázi 2. světové války , pod dojmem úspěchů Wehrmachtu ve Francii , britští vědci, zaměstnanci strojírenské společnosti Allen & Co A. Hutchinson a F. Smith navrhl vytvořit tisícitunový kráčející tank (1000tunový kráčející tank) na čtyřech nosných ramenech, aby účinně čelil německé Panzerwaffe . Inženýři společnosti pod jejich vedením sestavili výběr výkresů a technické dokumentace pro průmyslovou výrobu tohoto vynálezu. Závěsný systém kráčejícího tanku mu teoreticky zajišťoval stabilitu v pohybu na nerovném povrchu. Britské císařské úřady ve vojenském průmyslu a vědě nebylo možné o tento projekt zajímat a plán nebyl realizován v plánované podobě, ministerstvo války zastavilo financování projektu ve prospěch praktičtějších oblastí práce a vědcům se podařilo pouze navrhnout experimentální prototyp menšího kráčejícího tanku (bez zbraní), který měl zoomorfní pohled, jakési otočné kyčelní a kolenní klouby (rolovací stehenní kloub), ovládané systémem kabelů , které zaplétaly nosné končetiny stroje a sbíhaly v konzole operátora . Obsluha stroj ovládala silou rukou a nohou na pákách a pedálech. Páky uvádějí do pohybu přední končetiny, pedály – zadní končetiny. Mechanické úsilí operátora bylo pomocí hydraulických posilovačů přeneseno do ohybů opěrných končetin . Auto úspěšně šplhalo do kopců jako hromada knih [2] .

Počátek vývoje kráčejících strojů byl položen v poválečném období, v 50. letech 20. století . V roce 1954 Spojené státy zahájily program základního výzkumu a výzkumné práce na vytvoření „přirozených strojů“, které ve svém designu implementují přirozené formy a metody pohybu živých bytostí. Věci nepřesáhly výkresy a zdůvodnění neúčelnosti technické realizace tohoto druhu podniku. Nejdále mezi zapojenými vědeckými institucemi pokročila Rutgersova univerzita , jejíž skupina vědců pod vedením vedoucího katedry strojního inženýrství profesora R. K. Bernarda vlastně udávala směr veškeré další práce tímto směrem. Vědci důkladně propracovali teoretickou stránku problematiky vývoje biomechanického pohonu a otestovali miniaturní modely zařízení pro chůzi, běh, skoky, cvaly, skoky a plazení. Ze všech zkoumaných forem to bylo právě „pákové vozidlo“ (levered vehicle) v poskakujícím či kráčejícím ztělesnění, podle vědců bylo nejvhodnější pro plnění různých vojenských úkolů. Přitom právě skákací stroj byl uznán jako ideální varianta tohoto druhu, konstrukční instituce byly požádány, aby si za vzor pro kopírování končetin a pohybů mezi zástupci fauny vzaly obyčejné kobylky . Bylo však také uznáno, že tato možnost je pro technickou realizaci nejobtížnější, protože jistě vyžaduje další prostředky pro korekci trajektorie letu (stejné kobylky k tomu mají křídla, která jim umožňují korigovat trajektorii letu a zvýšit přesnost přistání, a klokani používají ocas), nemluvě o dynamickém zatížení opěrných končetin v době tlačení a zejména přistání. Navzdory skutečnosti, že skákací stroje byly lepší v rychlosti a ovladatelnosti než ty chodící, ty byly považovány za jednodušší pro technické studium. Fakulta strojního inženýrství na University of Michigan pod vedením děkana fakulty profesora Josepha Shigliho měla za úkol vyvinout modely převodů a ozubených kol pro tyto stroje. Vlastně těsně před prof. Shigli a jeho tým vědců stanovili to, co lze nazvat takticko-technickým úkolem , do deseti bodů, které jsou ve své podstatě zcela konkrétní (8 bodů z 10 odpovídalo principům pohybu živých bytostí a pouze 2 měly jasně umělý původ), protože všechny předchozí práce byly abstraktní povahy. Tým University of Michigan vytvořil 16ramenný stroj s ručním ovládáním operátorem z kabiny umístěné na zadní straně konstrukce stroje. Je to michiganský prototyp a práce provedené pod vedením prof. Shigli poskytl množství empirických důkazů týkajících se proveditelnosti/neproveditelnosti dřívějších návrhů kráčejících strojů. O něco později Shigli zveřejnil zhuštěné shrnutí svých zjištění v The New Scientist . Na počátku 60. let 20. století pavoukovité kráčející zařízení s klikovým mechanismem pro přeměnu rotační energie motoru na translační pohyby nosných končetin navrhla Land Locomotion Laboratory of the Detroit Arsenal ve Warrenu , Michigan [3] .

Všechny výše uvedené experimenty však spíše neměly za cíl potvrdit, ale spíše vědecky a prakticky vyvrátit různé nepravdivé teorie a představy, a byly prováděny buď z malých prostředků, nebo na samofinancování. K zintenzivnění prací na vytvoření kráčejících strojů (hlavně zoomorfních, na čtyřech a šesti nohách) ve Spojených státech došlo v polovině 60. let 20. století. a shodoval se se zesílením americké vojenské intervence v jihovýchodní Asii během druhé indočínské války . V souvislosti s nepřipraveností amerických ozbrojených sil na operace v tropických a subtropických lesích , která byla odhalena v počáteční fázi eskalace nepřátelství ve Vietnamu , podniky amerického vojenského průmyslu spěchaly zaplnit zjištěnou mezeru a soupeřily s každým další nabídnout velení pozemním složkám různých druhů ozbrojených sil jejich projekty pozemních a obojživelných vozidel, vyznačujících se zvýšenou průchodností ve srovnání s tradičními kolovými a pásovými vozidly, což dalo impuls k vývoji strojů se šnekovou vrtulí , stroje s pružným podvozkem (vozidla s pružným rámem), kloubová vozidla (kloubová vozidla), stroje s elipsoidními koly (eliptická kolová vozidla), housenkový pohon s nafukovacími kluzišti, bojová a transportní vozidla vznášedla , různé typy létajících vozidel a „létajících džípů “, prostředky individuální vzdušné mobility na tryskové a šroubové trakci. Přijatý vývoj a chodítka.

Dne 21. dubna 1964 byl na Světové výstavě v New Yorku otevřen pavilon amerického ministerstva mobility Army Looks to the Future , kde mezi osmi nadějnými koncepty futuristických prostředků zajištění mobility pozemních sil v podobě skic a maleb bylo představeno chodítko „Land-Walker“ (armádní landwalker) na čtyřech nosných končetinách („nohách“) se čtyřmi pákovými manipulátory („pažemi“), důstojníci dopravní a logistické služby vysvětlili návštěvníkům výstavy směr práce výzkumné instituce US Army Transportation Administration do budoucna a potenciál pro uplatnění specifikovaného typu strojů [4] .

Americká agentura pro pokročilé výzkumné projekty (DARPA), tradiční patron všech druhů revolučních myšlenek, iniciovala program Agile (AGILE), který financoval řadu projektů vozidel s nekonvenčními možnostmi pohonu, které byly testovány v kontinentálních státech . v zóně Panamského průplavu kontrolované americkým vojenským kontingentem (je známo, že zkouškami prošlo více než třicet prototypů vozidel s různými typy pohonu, není však jisté, zda mezi nimi byly vzorky chodících vozidel ). Rozsah potenciálního použití chodců zahrnoval jejich použití pro protipartyzánské aktivity , vynucování vodních překážek se strmými břehy a rychlými proudy, nucené pochody v hornatém skalnatém terénu . Obecně platí, že samotná atmosféra 60. let 20. století , množství úspěchů vědeckého a technologického pokroku té doby, které byly široce používány, podporovaly vývoj různých revolučních směrů ve vývoji vojenského a nevojenského vybavení - ani před, ani po v tomto desetiletí se ve světových dějinách nic podobného co do rozsahu a rozsahu neodehrálo. Let technické představivosti konstruktérů byl omezen pouze reálnými možnostmi chodících vozidel (které byly velmi omezené), existující výrobní základnou a rozpočtovými kontrolními orgány , které nemilosrdně „sekaly“ slibné oblasti práce a „vytloukaly“ finanční prostředky z jakékoli projekty tohoto druhu a jejich vrácení zpět do fáze návrhu papíru. Logika inovátorů , kteří projekty tohoto druhu finančně a výrobně-technicky zdůvodňovali, byla vcelku jednoduchá a opírala se o úsudky o vysoké průchodnosti tohoto typu zařízení: [5] „Na určitých typech terénu se padesátdolarový kůň překoná tank za čtvrt milionu dolarů.“ [6]

Problém s technickou realizací tohoto rozsudku byl v tom, že možnosti překladu „mechanických koní“ v kovu nebyly o mnoho levnější než tanky za čtvrt milionu dolarů. Průmyslová lobby, živená tankovými továrnami , které vyráběly pásová obrněná vozidla a spojená s nejvyššími politickými kruhy, by navíc pod žádnou záminkou nedovolila zasahovat do jí sázených sektorů federálního rozpočtu, takže ani řeči o přijetí a masová výroba chodící vojenské techniky v dohledné době neproběhla. Přesto se průmyslovému gigantu General Electric podařilo monopolizovat směr vývoje technologie chůze (General Electric, General Motors , Westinghouse prováděly vlastní projekty průmyslové robotiky ) [7] a získal řadu zakázek na vývojové práce Ordnance Department of the Defense Electronic Division v Pittsfield , Massachusetts . Do značné míry byli „motory“ tohoto procesu samotní zaměstnanci společnosti, kteří se dlouhou dobu zabývali soukromými experimenty s chodítky, jejichž hlavním ideovým inspirátorem lze nazvat Ralpha Moshera, který mnoho let věnoval práci na toto téma. Paralelně s General Electric byl pod vedením Ronalda Listona vyvinut projekt vlastního „ chodícího náklaďáku “ (s karoserií jako konvenční náklaďák) v Land Locomotion Division, Mobility Systems Laboratory, US Army Armored Directorate ve Warrenu, Michigan. . Zmíněný vědec - Liston zároveň obdržel zvláštní cenu amerického ministra armády za výzkum na dané téma spolu s vědci z Michiganské technologické univerzity , kteří zdůraznili důležitost a prioritu této oblasti ​​​​výzkum pro vojenské vedení [8] Práce však nepokročily dále, než že inženýři vytvořili dřevěné makety v životní velikosti a jeden nedokončený prototyp Pancéřového ředitelství a také jeden prototyp General Electric firma, která prošla testem, ale nešla do výroby [6] [9] . Do začátku 70. let 20. století. akce amerických jednotek na pozemním dějišti vojenských operací vietnamské války se začaly vytrácet a přešly do roviny leteckých úderů na velká administrativní a průmyslová centra nepřítele a operací taktického letectva ve vlastním týlu. Za těchto podmínek se terénní vozidla stala nepotřebnými a téměř všechny projekty tohoto druhu, které byly do té doby realizovány, byly ukončeny, mnohé navždy. Sovětské experimenty ve stejném období, směřující k vytvoření jakéhosi chodce pro praktické použití pod vodou, se omezily na sérii neobydlených dálkově ovládaných vozidel (informačních a řídicích komplexů) " Manta ", vyvinutých Ústavem oceánologie Akademie věd SSSR a testován v letech 1971-1973. [deset]

Příklady technologie chůze, které zůstaly ve formě kreseb, modelů a rámů dokumentárních týdeníků, inspirovaly spisovatele sci-fi a postavy amerického filmu , aby ji zahrnuli do svých uměleckých děl. Znovuzrození technologie chůze ve Spojených státech nastalo v důsledku konce období uklidnění a opětovného růstu mezinárodního napětí během dalšího kola americko-sovětské konfrontace. V návaznosti na Strategickou obrannou iniciativu („Star Wars“) iniciovanou americkým prezidentem Ronaldem Reaganem byla vyvinuta řada zbrojních projektů založených na nových principech. Mimo jiné v červenci až srpnu 1983 získala Ohio State University v Columbusu nic menšího než kontrakt na vývoj „ walking tanku “ (walking tank). Ve vědeckém tisku byla tato epizoda komentována spíše vtipně, že vojenské velení vidělo dost filmů z cyklu Star Wars (kde byly velmi realistické bitevní scény s „ imperiálními chodci “ na dvou a čtyřech končetinách). Důvodem investování rozpočtových prostředků byl stejný problém zvýšení průchodnosti pozemních vozidel, protože agentura trvala na tom, že polovina zemského povrchu je pro kolová a pásová vozidla zásadně neprůjezdná [11] . Třetí zrození technologie chůze, nyní robotické, bez operátora uvnitř, připadlo na období americké vojenské intervence v zemích třetího světa , ale opět nepokročilo nad rámec vytvoření experimentálních prototypů.

Hybridy

Zastánci vytvoření a širokého zavedení chodících strojů, zejména stejný Mosher, si uvědomili, že pozornost vrcholového managementu nenávratně odešla, a snažili se oživit samotnou myšlenku chodítek, nabídli střední a kombinované možnosti pohonu: chůze na kole, housenka-chůze, chůze-plovoucí atd. e. Ve všech výše uvedených možnostech měl stroj hlavní a pomocné hybatele. Kráčivým končetinám byla přidělena role pomocného přesouvače, určeného např. pro pohyb po měkkých, nepevných a viskózních půdách, [12] samovytahování strojem samotným z viskózní půdy, [13] tažení, tlačení a tlačení jiných uvázlé stroje, [14] dává stroji stabilní polohu na nerovném terénu pro přesnější zaměřování zbraní a vykonávání další užitečné práce, [15] vytváří další opěrné body pro kompenzaci síly zpětného rázu hlavňových zbraní , přičemž hmotnost nákladu je přesunuty při nakládacích a vykládacích operacích , [16] údržbě podvodních vojenských objektů a základen, [ 17] i pro jiné potřeby. Alternativní možností byly stroje s modulárními pákovými zařízeními (modulární nohy), umožňujícími stroji plnit funkce jeřábu , vlečného člunu apod. V této podobě již nešlo o chůzi, ale o pákové stroje, kde páka (s ) mohl být použit pro různé mechanické práce , včetně pohybu nosného stroje [18] . Kromě již výše popsaných strojů s podpěrnými rameny byly navrženy varianty kolových chodítek , kde byla jako podpěry použita podélná dvojkolí na pružném nezávislém zavěšení, chůzi otáčením dvojkolí kolem své osy [19] .

Robotické stroje

V druhé polovině 80. let. Společnosti „ Martin-Marietta “ se podařilo získat finanční prostředky DARPA v rámci dalšího programu na vytvoření autonomních pozemních vozidel (Autonomous Land Vehicle Project) s různými typy pohonu [20] . „Autonomní“ byly v tomto případě chápány jako robotické stroje bez obsluhy a bez kabiny, pracující v plně autonomním režimu podle naprogramovaného programu nebo v poloautonomním režimu podle příkazů z dálkového ovladače . Počáteční fází programu byla počítačová simulace pohybu zvířat (Computer Simulation of Animal Navigation, CSAN), [21] pro kterou byl vyvinut speciální softwarový a hardwarový komplex s různými typy simulovaného terénu [22] . Jak daleko se inženýrům Martin-Marietta podařilo postoupit, zůstává neznámé.

Chronologie

Níže jsou uvedeny hlavní milníky ve vývoji chodících strojů:

Pozadí Příběh

Ve sci-fi

Jedno z prvních objevení kráčejících strojů se odehrálo v knihách klasiků sci-fi: Jules Verne, v jeho románu The Steam House a ve Válce světů HG Wellse ( výraz „bojové stativy“ se stal pojmem) .

V populární kultuře

Seznam filmů a počítačových her, ve kterých vystupují chodci

Viz také

Poznámky

  1. ↑ 1 2 González de Santos a kol., 2006 , str. 13.
  2. ↑ Shaker & Wise. Válka bez mužů, 1988 , s. 17.
  3. ↑ Shigley, Joseph E. Teorie chodících vozidel . // New Scientist , 8. června 1961, v. 10, č. 238, str. 584-585.
  4. ↑ Armáda se spojila s ministerstvem obrany a NASA při pořádání výstavy světové výstavy . // Armádní výzkum a vývoj , duben 1964, v. 5, č. 4, str. 36.
  5. ↑ Shaker & Wise. Válka bez mužů, 1988 , s. 73.
  6. ↑ 1 2 Liston, Ronald A. Studie chodících strojů . // Armádní výzkum a vývoj , duben 1967, v. 8, č. 4, str. 22-24.
  7. ↑ Miller. Robotické aplikace, 1991 , str. 37.
  8. ↑ ATAC Executive Selected pro SARS Fellowship . // Armádní výzkum a vývoj , duben 1967, v. 8, č. 4, str. 29.
  9. ↑ Gundel, BH Glamour in Cross-Country Mobility Equipment . // Armádní výzkum a vývoj , březen 1968, v. 9, č. 3, str. 26-27.
  10. ↑ Shaker & Wise. Válka bez mužů, 1988 , pp. 42-43.
  11. ↑ Vstupte do chodícího tanku . // New Scientist , 4. srpna 1983, v. 99, č.p. 1369, str. 348.
  12. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , pp. 108-109.
  13. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , pp. 108, 111.
  14. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , pp. 112-113.
  15. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , pp. 112, 114.
  16. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , pp. 112, 117.
  17. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , pp. 125-127.
  18. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , pp. 127-131.
  19. ↑ Mosher. Applying Force Feedback, 1973 , pp. 121-125.
  20. ↑ ERIM. Plánovací systémy pro ALV, 1989 , A-2.
  21. ↑ ERIM. Plánovací systémy pro ALV, 1989 , str. 6.
  22. ↑ ERIM. Plánovací systémy pro ALV, 1989 , str. deset.
  23. ↑ 1 2 González de Santos a kol., 2006 , str. 6.
  24. ↑ González de Santos a kol., 2006 , pp. 3-7.
  25. ↑ Mechanický kůň . Americký patent č. 491927, 14. února 1893.
  26. ↑ González de Santos a kol., 2006 , pp. 6-8.
  27. ↑ Keith Haddock. Giant Earthmovers: Ilustrovaná historie . — MotorBooks International. — 228 s. - ISBN 978-1-61060-586-1 .
  28. ↑ González de Santos a kol., 2006 , pp. 6-9.
  29. ↑ 1 2 3 González de Santos a kol., 2006 , str. 9.
  30. ↑ Todd. Walking Machines, 1985 , pp. 16-18.
  31. ↑ Todd. Walking Machines, 1985 , str. 171.
  32. ↑ González de Santos a kol., 2006 , pp. 8-9.
  33. ↑ Shaker & Wise. Válka bez mužů, 1988 , s. 42.
  34. ↑ 1 2 González de Santos a kol., 2006 , str. čtyři.
  35. ↑ Ayres Robert  ; Miller, Steve . The Impacts of Industrial Robots Archived 24. října 2018 at the Wayback Machine , Carnegie Mellon University , 1981, s. 48.
  36. ↑ González de Santos a kol., 2006 , pp. 10-11.
  37. ↑ Todd. Walking Machines, 1985 , str. 160.
  38. ↑ González de Santos a kol., 2006 , s. 23.
  39. ↑ Miller. Robotické aplikace, 1991 , str. 138.
  40. ↑ Todd. Walking Machines, 1985 , pp. 24-26.
  41. ↑ Todd. Walking Machines, 1985 , str. 151.
  42. ↑ González de Santos a kol., 2006 , pp. 8-11.
  43. ↑ Miller. Robotické aplikace, 1991 , str. 53.
  44. ↑ 1 2 3 Raibert a kol. Dynamic Legged Locomotion, 1995 , str. 2.
  45. ↑ Boston Dynamics: Změna vaší představy o tom, co dokážou roboti

Literatura

Odkazy

 Robotika
Hlavní články
Typy robotů
Pozoruhodní roboti
Související pojmy