Der Plan:

Als ich vor ca. drei Jahren meinen ersten Roboter-Hund, genannt „Robodog“, gebaut hatte (Schrauber & Sammler Nr. 19), wollte ich eigentlich nur meinen damals schon fast 20 Jahre alten LEGO Hund „Cosmodog“ aus der LEGO- in die Meccano-Welt hinüberretten. Daher hatte der Ur-RoboDog auch ein genauso kantiges Aussehen wie sein Vorbild aus LEGO.  

Der zweite Hund, „RoboDog SG“ (Schrauber & Sammler Nr. 26) mit sequenziellem Getriebe, war dann zwar schon eine Weiterentwicklung gegenüber dem Ur-RoboDog mit seinem einfachen Getriebe, hatte aber immer noch das gleiche kantige Aussehen. 

Für diese dritte Version hatte ich mir zur Aufgabe gemacht, den Roboter nochmal von Grund auf neu zu konstruieren.

Dabei war mir wichtig, endlich von der Rahmenkonstruktion mit außenliegenden Flachbändern wegzukommen. Diese hatte ich, genau wie die Konstruktion der Beine, ziemlich exakt vom LEGO Hund übernommen. Der neue Roboter sollte auch durch die Verwendung von „curved strips“ mehr Rundungen bekommen und insgesamt voluminöser werden.

Bei der Konstruktion des sequenziellen Getriebes von RoboDog SG hatte ich eigentlich nur versucht, es so gut wie möglich in den Rahmen der ersten Version einzupassen, was mehr oder weniger gut gelang. Ich hatte aber von Anfang an große Probleme mit der Anordnung des querstehenden Motors. Dessen sehr weit außenliegendes Antriebsritzel machte die Anbindung an das Getriebe schwierig. Sie gelang nur auf konstruktiven Umwegen und mit großem Materialaufwand. Als mir nun bei der ersten Analyse der zu verbessernden Details der Einfall kam, den Motor längs einzubauen, war auch gleich die Idee geboren, den ganzen Rahmen neu zu gestalten.

Eine weitere Aufgabe bestand für mich darin, die Funktion des Laufens diesmal, so wie die anderen Bewegungen auch, mittels Getriebe ein- und auszuschalten. Das hatte bei RoboDog SG aufgrund der durch zu viele Wellen und Zahnräder verursachten Reibung nicht funktioniert. Zudem hatte ich beim Bau des sequenziellen Getriebes erst ziemlich spät bemerkt, dass ich es mit ca. 65 mm Länge unnötig groß gebaut hatte. Tatsächlich bewegt sich die Steuerwelle nur um ca. 15 mm vor- und zurück. Durch eine entsprechende Verkürzung bot sich die Möglichkeit, das Getriebe diesmal quer im Rahmen einbauen. War also bei RoboDog SG der Motor quer und das Getriebe längs eingebaut, ist es jetzt genau umgedreht. Der Motor liegt hinten längs und das Getriebe quer davor.

Der dadurch frei gewordenen Raum im vorderen Bereich steht jetzt dem Akku zur Verfügung.

Da sich an den Funktionen des Roboters im Vergleich zu seinen Vorgängern nichts geändert hat,    gehe ich in diesem Bericht in erster Linie auf die Änderungen bzw. Verbesserungen der einzelnen Komponenten ein.

Die Beine:

Bei den beiden Vorgängern waren die Beine nur aus je zwei Flachbändern je Bein zusammengesetzt und dadurch sehr dünn. Astrodogs Beine sind nicht nur dicker geworden, sie haben zusätzlich auch Kniegelenke bekommen. 

Die Steuerung der Beine übernimmt jetzt nur noch ein Exzenter je Seite anstatt wie bei den Vorgängern zwei. Das minimiert die Anzahl der Wellen und Ritzel sowie die dadurch verursachte Reibung und das Gewicht. Schmale Lochbänder dienen als Pleuelstangen und sind fest mit den Unterschenkeln der vier Beine verbunden. Sie werden von den Exzentern in Bewegung versetzt. 

An den Hinterbeinen befinden sich zusätzlich auch noch Viereck-Gelenke in den Unterschenkeln. Diese bewirken, dass der Roboter die Füße zum Körper zieht, wenn sich die Hinterbeine nach vorne bewegen. Dadurch schleifen die Füße beim Gehen nicht mehr auf dem Boden. 

Vier „Boiler Ends“ dienen als Schulter- bzw. Hüftgelenke und sind gleichzeitig stabile Aufnahmepunkte für die oberen Extremitäten.

Einzig die Füße sind bis heute bei allen drei Robotern die gleichen geblieben.

Der Körper:

Um den Körper etwas realistischer und runder aussehen zu lassen, habe ich die herkömmliche Rahmenbauweise durch ein Monocoque ersetzt. Es besteht seitlich aus zwei 3x11 Lochplatten, deren Abschluss vorne und hinten halbrunde Platten bilden. Durch die Anordnung des Antriebsmotors in Längsrichtung konnte ich die Rahmenbreite von 5- auf 3 Loch reduzieren. Die 3x3 Loch große Montageplatte des Getriebemotors ist mittels Winkelstangen mit den beiden Seitenplatten verschraubt. Im Frontbereich bekommt der Körper durch das Kopflager die nötige Stabilität. 

Im Zentrum der halbrunden Platten bilden 8-Loch Scheibenräder und darin befestigte Achsen die Lagerpunkte für die vier Beine.

Die vorderen und hinteren halbrunden Platten haben einen Versatz von 1/2“. Das heißt, das Schultergelenk befindet sich um ein Loch tiefer als das Hüftgelenk. Dieser Versatz bewirkt, dass die Silhouette des Roboters nach hinten leicht abfällt. Gebogene 8- und 11-Loch Flachbänder laufen als formgebender Rahmen um den Körper herum. 

Sequenzielles Getriebe:

Der Getriebemotor mit 100 UpM befindet sich am Ende des Roboters und treibt über ein 25 Zähne Kronrad ein quer liegendes 3/4“ breites 19 Zähne Ritzel an. Dieses Ritzel fungiert als Zwischenrad vor dem eigentlichen Schaltrad, welches vom Exzenter hin- und her bewegt wird. Von der Motorwelle bis zum Schaltrad gibt es hier also nur drei Ritzel, anstatt sechs wie beim Vorgängermodell. Das hat einen sehr positiven Einfluss auf die Leichtgängigkeit des gesamten Getriebes.

Das Schaltrad wird von einem kleinen Exzenter (130a) gesteuert, das sich sichtbar auf dem Rücken  des Roboters befindet. Das Exzenter seinerseits wird mittels 19 Zähne Ritzel und 15/60 Zähne Getriebestufe direkt vom Kronrad des Motors angetrieben. Eine 3x6 Lochplatte dient als Träger sowohl für das Exzenter, als auch für die Lagerung vom Schwanz und dessen Umlenkhebeln. Die gesammte Einheit kann mittels vier Schrauben schnell entfernt werden kann, um an das eigentliche Getriebe darunter zu gelangen.

Als Verbindung zwischen Exzenter und Steuerwelle dient eine 5-Loch große Messingkupplung. Sie befindet sich auf der linken Seite des Körpers und ist am unteren Ende fest mit der Steuerwelle verbunden. Die axial bewegliche Verbindung zum darüberliegenden Exzenter habe ich durch einen „threaded pin“ hergestellt, der lose in die Kupplung hinein taucht. Im Betrieb wird die Steuerwelle mit dem Schaltrad darauf vom hin und her schwingenden Exzenter mitgenommen. 

Das Schaltrad auf der Steuerwelle ist als Losrad ausgeführt, da die Welle selbst fest mit der Kupplung verschraubt ist und sich daher nicht dreht.

Das eigentliche sequenzielle Getriebe ist nun um das Schaltrad herum, ebenfalls in Querrichtung,  angeordnet. Da die Schaltwelle im Zentrum von einer Seite aus angetrieben werden muss (hier vom dahinter liegenden 3/4“ breiten Zwischenrad), bleiben noch drei mögliche Anordnungen für weitere Getriebewellen, die die Kraftübertragung zu den nachgeschalteten Funktionen übernehmen können:

1. Eine Welle liegt über dem Schaltrad und treibt den Schwanz an. 

2. Eine Welle liegt unter dem Schaltrad und treibt die Beine an.

3. Eine Welle liegt davor. Sie treibt das Drehen und Nicken des Kopfes an.

Auf den drei Wellen sitzen jeweils 19 Zähne Ritzel, die zu verschiedenen Zeiten vom Schaltrad erfasst und angetrieben werden. Dadurch laufen die drei Funktionen Schwanz wedeln, Kopf drehen und Laufen auch zu verschiedenen Zeitpunkten und unterschiedlich lange ab. 

Dieses Getriebe ist ausschließlich im 1/2“ Raster und unter Verwendung von 19 Zähne Ritzeln ausgeführt, damit die hohen Drehmomente (besonders für das Laufen) nicht zu Problemen führen können. Einzig das Drehen des Kopfes ist nochmals im Verhältnis 1:2,5 ins Langsame übersetzt, damit die Bewegung nicht zu hektisch wirkt. 

Der Kopf:

Die Gestaltung des Kopfes habe ich auch einer gründlichen Überarbeitung unterzogen, da mir die alte Version zu kantig war. Um das welpenartige Aussehen zu erreichen, ist der Kopf proportional größer geworden, die Schnauze aber kleiner als beim Vorgänger. Die seitlichen Rahmen bestehen jetzt bis auf zwei 3-Loch Flachbänder für den Unterkiefer gänzlich aus gebogenen Streifen. Flexible Platten decken Schnauze und Ober- bzw. Hinterkopf ab. 

Die größeren Ohren hängen an Scharnieren und sind zudem beweglich gelagert.

Die Funktionen:

Bei diesem Modell fungierenden kleine 1“ 6-Loch bush wheel (No.518) von Meccano als Exzenter für die Steuerung der Bewegungen. Verschiedene Pleuel aus gebogenem Draht, Narrow strips und ein Bowdenzug leiten die Kraft weiter zum Schwanz, zu den Beinen und zum Kopf. 

1. Der Roboter läuft wie die beiden vorigen Versionen von RoboDog auch im Kreuzgang. Das heißt, die Vorder- und Hinterbeine bewegen sich diagonal synchron. Für ein effektives Vorwärtskommen ist dabei nicht nur die Steuerung der Beine wichtig, sondern auch die Gewichtsbalance. Von meinen früheren Versuchen wusste ich bereits, dass das Gewicht des Kopfes einen großen Einfluss auf das Gangbild haben würde. Bei den ersten Gehversuchen war das Gangbild daher noch nicht optimal. Erst mit dem Aufsetzen des Kopfes verschob sich das Gewicht so weit auf die Vorderbeine bzw. wurden die Hinterbeine so weit entlastet, dass die Traktion an allen vier Beinen gleichmäßig ist. Auch Motor, Akku und Getriebe (es wiegt alleine schon 500 g) haben einen großen Einfluss auf die Balance des Roboters. Dass der Hund letztlich gut läuft, ist natürlich auch ein bisschen Glückssache, denn die geplante Aufteilung der einzelnen Komponenten im Körper lässt sich später eigentlich nicht mehr ändern.

2. Um das wedeln des Schwanzes vom Getriebe nach hinten zum Ende des Roboters zu leiten, sind zwei aus Draht gebogene Pleuelstangen und ein Zwischenhebel nötig. Der Hebel dient als Übersetzung, da der Hub des 6-Loch Scheibenrades mit 12,7mm etwas zu groß für die Bewegung des Schwanzes gewesen wäre. 

3. Da im Getriebe nur drei separate Ausgänge zur Verfügung stehen, musste ich die beiden Bewegungen des Kopfes (nicken und drehen) zusammenfassen. Dass heißt, das Lochscheibenrad auf der linken Seite treibt sowohl das Drehen des Kopfes, als auch das Nicken an. Ein gebogener Draht als Pleuel sowie zwei Hebel aus Narrrow strips leiten die Kraft für das Drehen weiter zu einem kleinen Lochscheibenrad unter dem Kopflager. Ein Bowdenzug ist ebenfalls am gleichen Exzenter befestigt wie der Draht. Er arbeitet gegen die Kraft einer Spiralfeder, die sich im Hinterkopf befindet und zieht so den Kopf nach vorne herunter. Da beide Bewegungen vom selben Exzenter gesteuert werden, ergibt sich eine kreisende Bewegung des Kopfes. 

Ich konnte die Anzahl der Zahnräder im Vergleich zum Vorgänger wieder reduzieren. Es sind diesmal 14 anstatt 36 bei gleichbleibenden Funktionen. Trotzdem ist das Gewicht mit 2,2 kg ungefähr gleich geblieben. Das bedeutet wohl, dass es eine Verschiebung bei der Gewichtsverteilung gegeben hat. Denn die beim Getriebe eingesparten Teile habe ich für eine Verbesserung des Aussehens wieder aufgewendet.

Der Hund lässt sich ohne viel Aufwand zerlegen. Um zum Beispiel den zeitlichen Ablauf der Bewegungen ein wenig zu beeinflussen, muss in jedem Fall die Exzenterplatte abgenommen werden. Aber auch zum platzsparenden Transport ist es praktisch, die Beine abzunehmen.

Noch ein paar Worte zur Elektronik. Der verwendete Getriebemotor hat 100 UpM, was eigentlich etwas zu schnell für das Modell ist. Ich hatte verschiedene langsamere Motoren ausprobiert, war jedoch mit den Ergebnissen nicht wirklich zufrieden. Daher habe ich mich diesmal eines Controllers bedient, um den Motor regulieren zu können. Das funktioniert sehr gut und hat den Vorteil, dass ich das Tempo des Hundes jetzt stufenlos einstellen kann. Der Controller befindet sich unter dem Motor zwischen den Hinterbeinen und ist mit Kabelbindern am umlaufenden Rahmen befestigt.

Maße und Gewichte:

Länge: 27cm 

Breite: 15cm

Höhe: 25cm

Gewicht: ca. 2,3kg

Motor: 12V Motor mit 100UpM

Akku: 12,6V / 1800 mAh

Potentiometer: PWM Controller DC 6-24V