Kävelijät eli kävelykoneet ovat erilaisia koneita , jotka liikkuvat saranalla taivutettujen tai pyöritettyjen tukirakenteiden ("jalkojen") avulla niiden synkronoidun translaation uudelleenjärjestelyn menetelmällä (ulkopuolisesti muistuttaen henkilön tai askelta). eläin, toisin sanoen "kävelyliikkeessä oleva kone", jossa on hydrauliset , mekaaniset , sähköiset ja muut määritellyn mallin käyttölaitteet ja niiden yhdistelmät - sähkömekaaniset , hydromekaaniset jne.
Johtuen toisaalta toteutuksen suunnittelun monimutkaisuudesta, käyttötarkoituksen epäselvyydestä ja siitä johtuen käytännön sovellutuksen laajuuden epävarmuudesta ja toisaalta laitteen alhaisesta hinnasta, luotettavuudesta ja helppokäyttöisyydestä. maa-ajoneuvot liikkuvan alustan perinteisillä versioilla (ensisijaisesti pyörillä , telaketjulla , kiskolla , kaapelilla , samoin kuin jyrsintärenkaalla , magneettilevitaatiolla jne.), kävelykoneet eivät ole vielä saaneet laajaa levitystä tosielämässä. Käytännössä käytetyistä mekanismeista käveleviä kaivinkoneita voidaan kutsua . Muita tärkeitä tekijöitä, jotka estävät niiden pääsyn teollisuuteen ja kansantalouteen (sekä niiden käyttöönottamista sotilasvarusteena ) ja joihin on puututtava, ovat energiakustannukset, jotka ovat itsessään suhteellisen korkeat ja kasvavat koneen liikkuvan kappaleen massan kasvaessa. , liikkuvien tukirakenteiden (kävelevien "raajojen") pituus ja askelamplitudi sekä vestibulaariset kuormat kuljettajaan ( kuljettaja ) johtuen ohjaamon epävakaasta asennosta "kaksijalkaisessa" ja "nelijalkaisessa" mallit (siis pääasiallinen työalue, joka toteuttaa tällaisia kävelytukirakenteiden konfigurointivaihtoehtoja, on robotiikka , joka ei vaadi henkilön olemista autossa ja jota ohjataan etänä tai sisäänrakennetulla ajotietokoneella toimintojen algoritmi).
Walkerit ovat erittäin suosittuja tieteiskirjallisuudessa mahdollisina esimerkkeinä maa-ajoneuvoista (mukaan lukien sotilasajoneuvot), - erityisesti niitä löytyy animesta ja mangasta , jossa niitä käytetään aktiivisesti mecha-sentai- genren ominaisuutena . Pyörä- ja tela-ajoneuvoihin verrattuna kävelijöille on ominaista lisääntynyt maastohiihtokyky. Suurin ongelma kävelijöiden luomisessa on hinnan ja tehokkuuden suhde (mukaan lukien marssinopeus) sekä riittävän energiaintensiivisten ja samalla kompaktien voimalaitoslähteiden ja kävelyjalkojen nopeiden vetolaitteiden puute. Kuitenkin kehitystyötä on jo käynnissä täysimittaisten kävelykoneiden luomiseksi.
Ensimmäisen kävelijän luojana sanan nykyisessä merkityksessä voidaan pitää venäläistä tiedemiestä P. L. Chebysheviä , joka 1860-1870 - luvuilla . perusti kokeita eri kokoonpanoilla varustettujen kävelymekanismeiden kanssa [1] Kuitenkaan sen vuosien teollisuus tai tiede ei vaatinut tällaisia laitteita ja ne olivat olemassa pitkään outoina keksintöinä, leluina jne. Niiden käytännön sovelluksista ratkaista teollisia tai sotilaalliset tehtävät eivät tulleet kysymykseen. Ensimmäinen rationalisointiehdotus kävelijöiden käyttämisestä sotilaallisiin tarkoituksiin juontaa juurensa vuodelta 1940 - toisen maailmansodan alkuvaiheeseen , johon vaikuttivat Wehrmachtin menestys Ranskassa , brittiläiset tiedemiehet, Allen & Co -tekniikan yrityksen työntekijät A. Hutchinson ja F. Smith ehdotti tuhattonnisen kävelytankin (1000 tonnin kävelytankki) luomista neljällä tukihaaralla torjumaan tehokkaasti saksalaista Panzerwaffea . Yrityksen insinöörit kokosivat heidän ohjauksessaan valikoiman piirustuksia ja teknistä dokumentaatiota tämän keksinnön teollista tuotantoa varten. Kävelytankin jousitusjärjestelmä tarjosi teoriassa hänelle vakautta liikkeessä epätasaisella pinnalla. Ison-Britannian keisarillisia sotateollisuuden ja tieteen viranomaisia ei voitu kiinnostaa tähän hankkeeseen eikä suunnitelmaa toteutettu suunnitellussa muodossa, sotaosasto lopetti hankkeen rahoittamisen käytännön työskentelyalueiden hyväksi ja tutkijat onnistuivat vain suunnitella kokeellinen prototyyppi pienemmästä kävelytankista (ilman aseita), jossa oli zoomorfinen näkymä, eräänlainen pyörivä lonkka- ja polvinivel (kierrevä reisinivel), jota ohjattiin kaapelijärjestelmällä , joka sotki koneen tukihaarat ja yhtyi toisiinsa operaattorin konsoli . Kuljettaja ohjasi konetta vipujen ja polkimien käsien ja jalkojen voimalla. Vivut käynnistävät eturaajat, polkimet - takaraajat. Kuljettajan mekaaniset voimat siirrettiin tukiraajojen mutkille hydraulisten vahvistimien avulla . Auto kiipesi onnistuneesti mäkiä ylös kuin kirjakasa [2] .
Kävelykoneiden kehityksen alku laskettiin sodanjälkeiseen aikaan, 1950-luvulle . Vuonna 1954 Yhdysvallat käynnisti perustutkimusohjelman ja tutkimustyön "luonnollisten koneiden" luomiseksi, jotka toteuttavat suunnittelussaan elävien olentojen luonnolliset muodot ja liikkumismenetelmät . Asiat eivät menneet pidemmälle kuin piirustukset ja perustelut tällaisen hankkeen teknisen toteutuksen epätarkoituksenmukaisuudesta. Kaikkein pisimmälle mukana olleista tieteellisistä instituutioista edistyi Rutgersin yliopisto , jonka tiedemiesryhmä konetekniikan osaston johtajan, professori R.K. Bernardin johdolla itse asiassa määräsi suunnan kaikelle myöhemmälle tämänsuuntaiselle työlle. Tiedemiehet ovat perehtyneet perusteellisesti biomekaanisen propulsion kehittämiseen liittyvän kysymyksen teoreettiseen puoleen ja testaaneet kävely-, juoksu-, hyppy-, laukka-, hyppy- ja ryömimislaitteiden pienoismalleja. Kaikista tutkituista muodoista "vipullinen ajoneuvo" (levered vehicle) pomppivassa tai kävelevässä suoritusmuodossa oli tutkijoiden mukaan sopivin erilaisten sotilaallisten tehtävien suorittamiseen. Samaan aikaan juuri pomppimiskone tunnustettiin tällaiseksi ihanteelliseksi vaihtoehdoksi; suunnittelulaitoksia pyydettiin ottamaan tavallisia heinäsirkkaa mallina raajojen ja liikkeiden kopioimiseen eläimistön edustajien keskuudessa . Siitä huolimatta tunnustettiin myös, että tämä vaihtoehto on vaikein teknisen toteutuksen kannalta, koska se vaatii varmasti lisäkeinoja lentoradan korjaamiseen (samoilla heinäsirkkailla on tätä varten siivet, joiden avulla he voivat korjata lentorataa ja lisätä laskeutumistarkkuutta, ja kengurut käyttävät häntää), puhumattakaan tukiraajojen dynaamisista kuormituksista työntö- ja erityisesti laskuhetkellä. Tästä syystä huolimatta siitä, että pomppivat koneet olivat nopeudeltaan ja ohjattavuudeltaan parempia kuin kävelykoneet, jälkimmäiset tunnustettiin teknisen tutkimuksen kannalta helpoiksi. Michiganin yliopiston konetekniikan tiedekunnan tehtävänä oli tiedekunnan dekaanin, professori Joseph Shiglin johdolla kehittää tällaisten koneiden voimansiirto- ja vaihteistomalleja . Itse asiassa juuri ennen prof. Shigli ja hänen tiederyhmänsä asettivat kymmenen pisteen taktisen ja teknisen tehtävän , jotka ovat pohjimmiltaan varsin spesifisiä (8 pistettä 10:stä vastasi elävien olentojen liikkumisperiaatteita ja vain 2 oli selvästi keinotekoista alkuperää). koska kaikki aiemmat teokset olivat luonteeltaan abstrakteja. Michiganin yliopiston tiimi loi 16-haaraisen koneen, jota kuljettaja ohjaa manuaalisesti koneen rakenteen takaosassa sijaitsevasta ohjaamosta. Se on Michiganin prototyyppi ja työ, joka on tehty prof. Shigli antoi runsaasti empiiristä näyttöä aikaisempien kävelykonesuunnitelmien toteutettavuudesta/kelvottomuudesta. Hieman myöhemmin Shigli julkaisi tiivistetyn yhteenvedon löydöstään The New Scientist -lehdessä . 1960-luvun alussa Hämähäkkimäisen kävelylaitteen kampimekanismilla moottorin pyörimisenergian muuntamiseksi tukiraajojen translaatioliikkeiksi suunnitteli Detroit Arsenalin Land Locomotion Laboratory Warrenissa , Michiganissa [3] .
Kaikilla yllä olevilla kokeilla ei kuitenkaan pyritty vahvistamaan, vaan pikemminkin kumoamaan erilaisia vääriä teorioita ja ideoita tieteellisellä ja käytännöllisellä tavalla, ja ne tehtiin joko pienillä varoilla tai omarahoitteisesti. Kävelykoneiden (pääasiassa zoomorfisten, neli- ja kuusijalkaisten) luomiseen liittyvä työ tehostui Yhdysvalloissa 1960-luvun puolivälissä. ja samaan aikaan Yhdysvaltojen sotilaallisen väliintulon tehostamisen kanssa Kaakkois - Aasiassa toisen Indokiinan sodan aikana . Yhdysvaltojen asevoimien valmistautumattomuuteen operaatioihin trooppisissa ja subtrooppisissa metsissä , mikä paljastui vihollisuuksien kärjistymisen alkuvaiheessa Vietnamissa , amerikkalaisen sotilasteollisuuden yritykset ryntäsivät täyttämään tunnistetun aukon kilpaillen jokaisen kanssa. toisaalta tarjota erilaisten asevoimien maakomponenttien komentoa maa- ja amfibioajoneuvojen projekteilleen, joille on ominaista parempi maastoajokyky verrattuna perinteisiin pyörä- ja tela-ajoneuvoihin, mikä antoi sysäyksen ruuvipotkurilla varustettujen koneiden kehittämiselle , joustavalla alustalla varustetut koneet (joustavarunkoiset ajoneuvot), nivelajoneuvot (nivelajoneuvot), ellipsoidipyörillä varustetut koneet (ellipsipyöräiset ajoneuvot), telakoneisto puhallettavilla luistinradoilla, ilmatyynyalusten taistelu- ja kuljetusajoneuvot , erilaiset lentävät ajoneuvot ja "lentävät jeepit" ", yksilöllisen ilman liikkuvuuden väline suihku- ja ruuvivedolla . Sai kehitystä ja kävelijöitä.
21. huhtikuuta 1964 New Yorkin maailmannäyttelyssä avattiin Yhdysvaltain armeijan liikkuvuusministeriön paviljonki, jossa on kahdeksan lupaavaa futuristista käsitystä maajoukkojen liikkuvuuden varmistamisesta luonnosten ja maalausten muodossa. esiteltiin kävelijä "Land-Walker" (Army Landwalker) neljällä tukiraajalla ("jalalla") neljällä vipukäsittelylaitteella ("käsivarrella"), kuljetus- ja logistiikkapalvelun upseerit selittivät näyttelyn vierailijoille työskentelysuunnat. Yhdysvaltain armeijan kuljetushallinnon tutkimuslaitokset tulevaisuutta varten ja mahdollisuudet tietyntyyppisten koneiden käyttöön [4] .
US Advanced Research Projects Agency (DARPA), perinteinen kaikenlaisten vallankumouksellisten ideoiden suojelija, käynnisti Agile-ohjelman (AGILE), joka rahoitti useita ajoneuvoprojekteja epätavanomaisilla käyttövoimavaihtoehdoilla, joita testattiin mannerosavaltioissa , sekä Panaman kanavan vyöhykkeellä, jota amerikkalainen sotilasosasto hallitsee (tiedetään, että yli kolmekymmentä eri tyyppisellä käyttövoimalla varustettua ajoneuvojen prototyyppiä läpäisi testit, mutta ei tiedetä varmasti, oliko niiden joukossa näytteitä kävelyajoneuvoista ). Kävelijöiden mahdollisiin käyttötarkoituksiin kuului niiden käyttö vastasissitoimintaan , vesiesteiden pakottaminen jyrkillä rannoilla ja nopeilla virtauksilla, pakotetut marssit vuoristoisessa kallioisessa maastossa . Yleisesti ottaen 1960-luvun ilmapiiri, tuon ajanjakson tieteellisen ja teknologisen kehityksen saavutusten runsaus, joka otettiin laajaan käyttöön, suosi erilaisten vallankumouksellisten suuntien kehittymistä sotilaallisten ja ei-sotilaallisten varusteiden kehittämisessä - ei ennen eikä jälkeen. tuona vuosikymmenenä maailmanhistoriassa ei tapahtunut mitään sen mittakaavassa ja laajuudessa. Suunnittelijoiden teknisen mielikuvituksen lentoa rajoittivat vain kävelyajoneuvojen todelliset mahdollisuudet (jotka olivat hyvin rajalliset), olemassa oleva tuotantokanta ja budjettivalvontaelimet , jotka armottomasti "leikkasivat" lupaavia työalueita, "syrjäyttäen" rahoituksen tämän tyyppisiä projekteja ja palauttaa ne takaisin paperisuunnitteluvaiheeseen. Innovaattoreiden logiikka , jotka antoivat taloudelliset ja tuotantotekniset perustelut tällaisille hankkeille, oli melko yksinkertainen ja perustui arvioihin tämän tyyppisten laitteiden korkeasta maastohiihtokyvystä: [5] "Tietyissä maastotyypeissä viidenkymmenen dollarin hevonen on parempi kuin neljännesmiljoonan dollarin tankki." [6]
Tämän tuomion teknisen toteutuksen ongelmana oli, että vaihtoehdot "mekaanisten hevosten" kääntämiseksi metalliin eivät olleet paljon halvempia kuin tankit neljännesmiljoonalla dollarilla. Lisäksi tela-alustaisia panssaroituja ajoneuvoja valmistavista panssaritehtaista ruokittu teollisuusaula, joka liittyy korkeimpiin poliittisiin piireihin, ei millään verukkeella antaisi tunkeutua niihin liittovaltion budjetin osa-alueisiin, joihin se vaikuttaa, joten edes puhe kävelevien sotilasvarusteiden käyttöönotto ja massatuotanto lähitulevaisuudessa ei mennyt. Siitä huolimatta teollisuusjätti General Electric onnistui monopolisoimaan kävelytekniikan kehityssuunnan (General Electric, General Motors , Westinghouse toteuttivat omia teollisuusrobotiikkaprojektejaan ) [7] ja sai useita tilauksia kehitystyöhön. Puolustusministeriön puolustusministeriö Electronic Division Pittsfieldissä , Massachusettsissa . Tämän prosessin "moottorit" olivat suurelta osin yrityksen työntekijät itse, jotka harjoittivat pitkään yksityisiä kokeiluja kävelijöiden kanssa, joiden pääideologista inspiroijaa voidaan kutsua Ralph Mosheriksi, joka omisti monta vuotta työskentelyyn. Tämä aihe. Samanaikaisesti General Electricin kanssa, oman " kävelyauton " (jolla on tavanomaisen kuorma-auton kori ) projektin kehitti Ronald Listonin johdolla Yhdysvaltain armeijan panssariosaston Land Locomotion Division, Mobility Systems Laboratory, Warren, Michigan. . Samaan aikaan mainittu tiedemies - Liston sai erityispalkinnon Yhdysvaltain armeijan ministeriltä tietyn aiheen tutkimuksesta yhdessä Michiganin teknillisen yliopiston tutkijoiden kanssa , jotka korostivat tämän alueen tärkeyttä ja prioriteettia. Tutkimus sotilasjohdolle [8] Työ ei kuitenkaan ole edennyt pidemmälle, kun insinöörit ovat luoneet luonnollisen kokoisia puisia malleja ja yhden Armored Directoratin keskeneräisen prototyypin sekä yhden General Electricin prototyypin yritys, joka läpäisi testin, mutta ei päässyt tuotantoon [6] [9] . 1970-luvun alussa. amerikkalaisten joukkojen toimet Vietnamin sodan sotilasoperaatioiden maateatterissa alkoivat hiipua, siirtyen ilmaiskujen tasoon vihollisen suuria hallinnollisia ja teollisia keskuksia vastaan ja taktisen lentotoiminnan tasolle omassa takaosassa. Näissä olosuhteissa maastoajoneuvot tulivat tarpeettomiksi, ja lähes kaikki tällaiset siihen mennessä toteutetut projektit keskeytettiin, monet ikuisiksi ajoiksi. Neuvostoliiton saman ajanjakson kokeet, joiden tarkoituksena oli luoda eräänlainen kävelijä käytännön käyttöä varten veden alla, rajoittuivat sarjaan asumattomia kauko-ohjattavia ajoneuvoja (tieto- ja ohjauskomplekseja) " Manta ", jonka on kehittänyt Oceanology Institute Neuvostoliiton tiedeakatemiassa ja testattu vuosina 1971-1973. [kymmenen]
Jäljelle jääneet piirrokset, mallit ja dokumenttiuutisfilmien kehykset, esimerkit kävelytekniikasta inspiroivat tieteiskirjailijoita ja amerikkalaisen elokuvan hahmoja sisällyttämään sen taiteellisiin teoksiinsa. Kävelyteknologian uudestisyntyminen Yhdysvalloissa tapahtui Detenten kauden päättymisen ja kansainvälisen jännitteen uudelleen kasvun seurauksena Yhdysvaltain ja Neuvostoliiton vastakkainasettelun seuraavan kierroksen aikana. Yhdysvaltain presidentti Ronald Reaganin käynnistämän Strategic Defense Initiativen ("Star Wars") jälkeen on kehitetty useita uusiin periaatteisiin perustuvia aseprojekteja. Muun muassa heinä-elokuussa 1983 Ohion osavaltion yliopisto Columbuksessa sai vain sopimuksen " kävelytankin " (walking tank) kehittämisestä. Tieteellisessä lehdistössä tätä jaksoa kommentoitiin melko vitsailevasti, että sotilaskomento oli nähnyt tarpeeksi Star Wars -syklin elokuvia (jossa oli hyvin realistisia taistelukohtauksia " keisarillisten kävelijöiden " kahdessa ja neljässä raajassa). Syynä budjettivarojen sijoittamiseen oli sama ongelma maakulkuneuvojen maastoajoneuvojen kyvyn lisäämisessä, koska virasto väitti, että puolet maapallon pinta-alasta on pohjimmiltaan läpikulkukelvoton pyörä- ja tela-ajoneuvoille [11] . Kävelyteknologian kolmas syntymä, nyt robotti, ilman operaattoria sisällä, osui Amerikan sotilaallisen väliintulon aikaan kolmannen maailman maissa , mutta se ei edennyt kokeellisten prototyyppien luomisen pidemmälle.
Kävelykoneiden luomisen ja laajan käyttöönoton kannattajat, erityisesti sama Mosher, ymmärtäessään, että ylimmän johdon huomio oli mennyt peruuttamattomasti, yrittäen elvyttää kävelijöiden käsitettä, tarjosivat väli- ja yhdistettyjä käyttövoimavaihtoehtoja: pyöräkävelyä, toukka-kävely, kävely-kelluva jne. e. Kaikissa yllä olevissa vaihtoehdoissa koneessa oli pää- ja apukoneisto. Käveleville raajoille annettiin apuliikkujan rooli, joka on suunniteltu esimerkiksi liikkumiseen pehmeällä, epävakaalla ja viskoosisella maaperällä, [12] koneen itsensä suorittama itsepoisto viskoosista maasta, [13] hinaaminen, työntäminen ja työntäminen juuttuneet koneet, [14] antavat koneelle vakaan asennon epätasaisella alustalla aseiden tarkempaa kohdistamista ja muuta hyödyllistä työtä varten, [15] luomalla lisätukipisteitä piipullisten aseiden rekyylivoiman kompensoimiseksi lastin massan ollessa siirretty lastaus- ja purkuoperaatioiden aikana [ 16] , vedenalaisten sotilaslaitosten ja tukikohtien kunnossapidossa [17] sekä muihin tarpeisiin. Vaihtoehtoinen vaihtoehto oli koneet, joissa on modulaariset vipulaitteet (modulaariset jalat), joiden avulla kone voi suorittaa nosturin , hinaajan jne. toiminnot. Tässä muodossa ei ollut enää kyse kävelystä, vaan vipukoneista, joissa vipu (s) ) voidaan käyttää erilaisiin mekaanisiin töihin , mukaan lukien kantokoneen liikuttamiseen [18] . Edellä jo kuvattujen tukiraajojen koneiden lisäksi ehdotettiin muunnelmia pyöränkävelijistä , joissa tukina käytettiin joustavalla itsenäisellä jousituksella olevia pitkittäisiä pyöräkertoja , jotka kävelivät kiertämällä pyöräkertaa akselinsa ympäri [19] .
Työntö/traktori hinaaja
Vakautta parantava laite
Laite koneen poistamiseen viskoosista maaperästä
Raketinheitin
Monikäyttöinen kytkentä
Monikäyttöinen kytkentä
M113 panssaroitu miehistönkuljetusvaunu, jossa on apukävelyvoima
Puolitela-alustainen nosturi
Tela-autonosturi
pyörän kävelijä
Vedenalainen kävelijä
1980-luvun jälkipuoliskolla. Martin-Marietta- yhtiö onnistui saamaan DARPA-rahoituksen seuraavaan ohjelmaan autonomisten maa-ajoneuvojen luomiseksi (Autonomous Land Vehicle Project) erityyppisillä käyttövoimalla [20] . Tässä tapauksessa "autonominen" ymmärrettiin robottikoneiksi ilman ohjaajia ja ilman ohjaamoa, jotka toimivat täysin autonomisessa tilassa ohjelmoidun ohjelman mukaan tai puoliautonomisessa tilassa kaukosäätimen komentojen mukaan . Ohjelman alkuvaihe oli eläinten liikkeen tietokonesimulaatio (Computer Simulation of Animal Navigation, CSAN), [21] jota varten kehitettiin erityinen ohjelmisto- ja laitteistokompleksi erilaisilla simuloiduilla maastoilla [22] . Kuinka pitkälle Martin-Marietta-insinöörit onnistuivat etenemään, on epäselvää.
Seuraavat ovat tärkeimmät virstanpylväät kävelykoneiden kehityksessä:
taustaYksi kävelevien koneiden ensimmäisistä esiintymisistä tapahtui tieteiskirjallisuuden klassikoiden kirjoissa: Jules Verne, hänen romaanissaan The Steam House ja HG Wellsin maailmojen sodassa ( ilmaus "taistelujalustat" on tullut yleiseksi sanaksi) .
Robotiikka | |
---|---|
Tärkeimmät artikkelit | |
Robottityypit | |
Merkittäviä robotteja | |
Aiheeseen liittyvät termit |