In den letzten Jahren habe ich mich viel mit dem Bau von zwei- und vierbeinigen Robotern beschäftigt. RoboMan hat ein einfaches, konstant laufendes Getriebe, das die komplexen Bewegungen der Beine sowie die Arme und den Kopf gleichzeitig antreibt. AstroDog, der mittlerweile dritte Roboterhund, verfügt dagegen über ein vielseitiges und  mittlerweile ausgereiftes sequenzielles Getriebe, das die verschiedensten Möglichkeiten zum Antrieb von zeitversetzten Funktionen bietet. Was lag also näher, als die Vorzüge der beiden Modelle zu verbinden und einen laufenden Zweibeiner mit mehreren sequenziell gesteuerten Funktionen zu bauen. Nun hätte ich natürlich ganz einfach noch einen zweiten RoboMan mit sequenziellem Getriebe bauen können. Aber einfach nur die Arme und den Kopf zeitversetzt zu steuern, fand ich etwas langweilig und auch unpassend für einen humanoiden Roboter, denn beim Laufen schwingen die Arme ja naturgemäß immer asynchron zu den Beinen. So kam mir der Gedanke, ein Tier zu bauen. Aber welches Tier ist zweibeinig und ist interessant genug für ein Modell? 

Kein noch lebendes Tier, sondern ein Dinosaurier. Der Vorteil hierbei schien mir zu sein, dass Dinosaurier, speziell Theropoden, einen langen Schwanz besaßen, mit dem sie das Gleichgewicht besser halten konnten. Den wollte ich mir gerne auch zu Nutze machen, um ein Gegengewicht zum Kopf zu haben und um den Roboter beim Laufen zu unterstützen. So zumindest in der Theorie. 

Archäologie und Pop-Kultur:

Theropoden waren eine Unterordnung der Echsenbeckensaurier, die vor 228 bis 66 Millionen Jahren auf der Erde lebten. Zu dieser gehörten auch viele Arten von Raptoren, die den meisten Lesern sicher aus den Jurassic Park Filmen bekannt sind. Besonders Tyrannosaurus Rex und Velociraptor haben es zu einiger Berühmtheit gebracht. Die hervorstechendsten Merkmale der Theropoden waren der zweibeinige Gang und ein langer Schwanz. Außerdem waren sie Fleischfresser und hatten daher große Kiefer mit vielen scharfen Zähnen. Der Schwanz war in vertikaler Richtung bei den meisten Arten versteift, dass heisst er konnte nur hin und her bewegt werden, nicht auf und ab. Zudem waren die Arme kürzer als die Beine. Allerdings weiß man heute, dass speziell Velociraptor ein eher kleiner und vergleichsweise harmloser Vertreter seiner Art war und wahrscheinlich sogar ein Federkleid besaß. Da in der Popkultur aber immer noch das Bild des gefährlich und reptilartig aussehenden Velociraptors vorherrscht, habe ich mich trotzdem für diesen Dinosaurier als Vorbild entschieden. Er schien mir von den Proportionen her am besten geeignet zu sein, denn er sieht für meinen Geschmack im Gegensatz zum allseits bekannten Tyranossurus Rex insgesamt besser proportioniert aus. Die Arme und Hände waren im Verhältnis zum Körper wesentlich größer und der Kopf weniger wuchtig, also auch leichter. 

Das Getriebe:

Der Einfachheit halber habe ich zu Beginn kurzerhand das Getriebe von AstroDog kopiert und nur einige Details angepasst. So habe ich z.B. die seitlichen „Wheel Flanges“ als Aufnahme für die Hundebeine entfernt und stattdessen eine Anbaumöglichkeit für die Beine von RoboMan gebaut. Das Kopflager musste im Winkel verändert und eine stabile Anbaumöglichkeit für den Dinosaurierschwanz gebaut werden. Denn der würde ziemlich schwer werden.

AstroDogs stop & go Funktion für das Laufen habe ich hier als Dauerbetrieb ausgelegt, weil ich die drei variablen Ausgänge des sequenziellen Getriebes lieber für die Funktionen Kopf drehen, Maul auf- und zusperren und Hände nach vorne strecken verwenden wollte. Da die verschiedenen Exzenter und Hebel für die beschriebenen Bewegungen an anderen Stellen als bei AstroDog installiert sind, musste ich die Übertragungswege innerhalb des Getriebes natürlich auch anders gestalten. Das neue Getriebe ist also nur vom Motor bis zur Steuerwelle in der Mitte identisch mit dem Vorgänger. 

Folgend gibt es eine Beschreibung der drei Exzenter und ihrer Aufgaben:

1. Ein Exzenter in Form eines „ 1" Bush Wheels“ befindet sich hinter dem rechten Arm und steuert diesen mittels selbst gebogenem Draht, der am Oberarm angebracht ist und diesen vor- und zurück bewegt. Die beiden Arme sind durch eine Welle, die unter dem Kopflager verläuft, miteinender gekoppelt. Dass heisst, der rechte nimmt den linken Arm mit.

2. Ein Exzenter in Form eines „½" Arm Crank“ befindet sich auf der linken Seite des Getriebes und steuert die Drehung des Kopfes ebenfalls mittels selbst gebogenem Draht, der auf den oberen Teil des Rollenlagers wirkt.

3. Ein „130a Meccano Eccentric“ befindet sich auch auf der linken Seite zwischen dem Arm und der Getriebeplatte und steuert die Kieferbewegung mittels Winkelhebel und selbst gebogenem Draht. Das obere Ende des Drahtes wirkt direkt auf den Unterkiefer. 

Um insgesamt fünf verschiedene Funktionen (davon drei schaltbare) innerhalb eines Raumes von  nur 3 x 3 x 5 Loch (entspricht ca. 4,5 x 4 x 6,5 cm) unterzubekommen, war es nötig, auf Übersetzungen komplett zu verzichten und stattdessen nur 19er Ritzel zur Kraftübertragung zu verwenden. Übersetzungen habe ich nur außen am Getriebe vorgenommen. So gibt es eine 1:2.5 Übersetzung für die Beine auf der linken Seite mittels 15er Ritzel und 38 Zähne Märklin Zahnrad No. 10438, das auch gleichzeitig als Kurbel fungiert. Und das Exzenter für die Sequenzierung auf dem Rücken des Dinos ist auch mittels einer 15:60 Zähne Zahnradstufe im Verhältnis 1:4 verlangsamt. Die drei oben beschriebenen Ausgänge des sequenziellen Getriebes für Kopf, Kiefer und Arme sind 1:1 Übersetzungen.

Eine Besonderheit, die dem Mangel an Platz geschuldet ist, ist die Überkreuzung zweier Funktionen im Getriebe: Auf der Welle für die Bewegung der Arme befinden sich zwei 19er Ritzel nebeneinander. Das hinten befindliche Ritzel auf der mittleren der drei unteren Getriebewellen ist fest auf der Welle montiert und überträgt die Motorkraft von der Zwischenwelle darüber an das „1" Bush Wheel“ außen am Getriebe. Das vordere Ritzel hingegen ist lose auf der gleichen Welle montiert und überträgt die Motorkraft vom dahinter gelegenen Ritzel über ein weiteres davor und dann auf den „130a Exzenter“ zur Steuerung des Kiefers.

Wie aufrecht geht ein Velociraptor?

Um die Verbindung von Beinen und Körper zu realisieren, musste ich eine Position finden, bei der das Modell später möglichst gut ausbalanciert sein würde. Da mein Modell ja laufen sollte, fiel eine zu aufrechte Haltung von vornherein weg. Zu niedrig wollte ich es auch nicht machen, weil ich befürchtete, dass der Schwerpunkt dann zu weit in Richtung Kopf wanderte. Also wählte ich die goldene Mitte: eine leicht aufrechte Haltung, wie bei meinen Vorlagen. 

Um den Winkel zwischen Beinen und Körper frei wählen und auf etwa 20° einstellen zu können, musste ich bei der Gestaltung des „Hüftgelenkes“ einen konstruktiven Umweg gehen. Ein „3 Loch Flat Girder“ je Seite als Lagerplatte für die Beine ist mittels vier „Reverse Angle Brackets“ an den seitlichen Getriebeplatten montiert. Und zwar so, dass sich der gewünschte Winkel zwischen Beinen und Körper ergibt. Von den sechs Löchern der Flat Girder blieben dann nach der Montage am Körper noch zwei übrig, in die ich „threaded pins“ als Lager für die Beinsegmente geschraubt habe.

Die Hinterbeine:

Die Konstruktion der Beine ist der von RoboMan sehr ähnlich. Streben aus 9-Loch Bändern sind das Grundgerüst der Beine und „Slotted Strips“ dienen als Steuerung für die Kippbewegung der Füße. Weil Dinosaurier auf drei Zehen liefen, musste ich die Füße natürlich verändern. Sie bestehen zum Großteil aus 4- und 5-Loch Bändern, die zusammen mit „Angle Brackets“ die Zehen bilden. Das Fußgelenk, das als Lager für die äußeren und inneren Beinsegmente dient, ist im Prinzip dasselbe wie bei RoboMan, nur sitzt es jetzt am Ende des Fußes und nicht mittig. Als Trägerplatten für die Lager dienen zwei „4 Loch flat girder“ je Fuß.

Der Schwanz:

Nachdem der Prototyp aus Getriebe und Beinen die ersten Schritte gemacht hatte, überlegte ich, wie ich den Schwanz am besten gestalten könnte. Die Idee war, dass der Schwanz im gleichen Sinn zur Gehbewegung seitlich hin und her schwingen sollte. Sozusagen als zusätzliche Schwungmasse zum hin und her pendelnden Körper. Denn der Roboter läuft umso besser, je mehr der Schwerpunkt auf das aktive Bein verlagert und dadurch das freie Bein entlastet wird. Bei RoboMan erledigt das der Roboter selbst durch die weit oben befindlichen Massen von Armen und Kopf. Da der Dino aber einen eher niedrigen Schwerpunkt hat, wollte ich auf diese Weise nachhelfen. Solange der Roboter im Bau war, konnte ich nur hoffen, dass meine Theorie am Ende auch aufgehen würde. Nach der Fertigstellung und den ersten Gehtests stellte sich aber zum Glück heraus, dass meine Annahme richtig war. 

Der Schwanz ist nur in der horizontalen Ebene beweglich. In der vertikalen Ebene ist er versteift (siehe Theropoden). Er besteht aus zehn aneinandergereihten Segmenten aus unterschiedlich großen kreisrunden Teilen. Am Anfang befinden sich zwei „Wheel Flanges“ als größte Segmente, dann folgen sechs „8 Hole Wheel Disc“ und am Ende  ein „1" Pulley“, zwei „¾“ Wheel Flange“ und ein ½" Pulley. Dazwischen befinden sich „Double Angle Strips“ bei den beiden „Wheel Flanges“ bzw. „Double Brackets“ bei den sechs „Wheels Discs“ als Scharniere. Und ganz am Ende schließlich bildet eine „63c Threaded Coupling“ die Spitze des Schwanzes. Auf diese Weise sollte ein möglichst gleichmäßiger Verlauf von dick nach dünn entstehen. Jedenfalls, soweit das mit Meccano Teilen möglich ist. Die vorderen beiden großen Segmente sind mittels Achsen und Stellringen miteinander verbunden, die hinteren sechs kleineren mittels langen Schrauben und selbst sichernden Muttern. 

Durch die seitlichen Löcher der vorderen acht Scheiben sind dünne Stahldrähte geführt und auf diesen wiederum kleine Spiralfedern zwischen den Scheiben aufgefädelt. Die Drähte und Federn dienen zum einen der Stabilisierung der Gelenke gegeneinander und des weiteren, damit der Schwanz von selbst wieder in die gestreckte Position zurückfindet. Parallel zu den Stahldrähten sind Bowdenzüge zur Steuerung durch den Schwanz verlegt.

Da die Bewegung des Schwanzes exakt synchron zu den Beinen verläuft, konnte ich die Exzenter der Beinsteuerung auch zur Steuerung des Schwanzes nutzen. Über kleine Pleuel aus „3 Hole Narrow Strips“ und Kipphebeln werden die Bowdenzüge in Bewegung versetzt und ziehen so den Schwanz abwechselnd zur Seite. Die beiden Bowdenzüge sind über Kreuz angeordnet, dass heißt das rechte Exzenter zieht den Schwanz nach links und umgekehrt. Das ist nötig, damit sich der Schwanz im richtigen Rhythmus zu den Beinen bewegt.

Die Arme und Hände:

Wie die Arme und Hände vom Getriebe in Bewegung versetzt werden, habe ich schon weiter oben im Kapitel Getriebe beschrieben. Die Arme selbst bestehen aus „90 Curved Strip“, die mittels Plastic Spacer paarweise zu Ober- und Unterarm verschraubt sind. Die Ellenbogengelenke sind dabei beweglich gehalten. Ein trapezförmiges Viereckgelenk in den Oberarmen bewirkt, dass sich die Arme strecken und die Hände dabei nach vorne und unten geführt werden. Drei „Obtuse Corner Bracket 3x2“ formen die Hände und „147c Pawl“ wiederum geben gute Krallen ab.

Der Kopf:

Das Herz des Kopfes ist der Kiefer und sein Mechanismus zum öffnen und schließen desselben. Es handelt sich dabei nicht nur um einen herunter klappenden Unterkiefer, sondern auch der Oberkiefer samt oberem Kopf schwenkt dabei nach oben, wodurch der Öffnungswinkel viel größer und die Bewegung dadurch auch viel natürlicher wird. Um das zu erreichen, habe ich Ober- und Unterkiefer konstruktiv mittels Ritzel und Hebelarm verbunden. Im Unterkiefer sind das „No. 62 single arm crank“ und 19er Ritzel und im Oberkiefer ein von Georg Eiermann ersonnenes Spezialteil (eine Kombination aus einem 19er Ritzel und einem 5-Loch Flachband). Diese Sonderlösung habe ich eingebaut, weil ich die äußerst eleganten lasergeschnittenen Teile von Georg einmal verwenden wollte und sich hier die passende Gelegenheit bot. Man kann für den Oberkiefer auch genauso gut Ritzel und single arm crank wie im Unterkiefer verwenden, braucht dann aber mehr Teile und auch Schrauben und Muttern. 

Die beiden Teile Oberkopf und Unterkiefer sind gegeneinander ausbalanciert. Dass heißt, der Exzenter zur Steuerung des Kopfes muss nur wenig Kraft aufwenden, um den Kiefer zu öffnen und zu schließen. Dadurch arbeitet der gesammte Mechanismus sehr leicht und entlastet den Motor. 

Als Lager für den Kiefer und damit auch den gesamten Kopf dienen zwei vertikal auf dem oberen „Wheel Flange“ des Kopflagers angeschraubte „1x5x1 double angle strips“.

Der Rest des Kopfes besteht aus verschiedenen gebogenen Flachbändern und hat nur die Aufgabe, einen interessanten, nicht allzu bösartigen Dinosaurier darzustellen.

Die Stromversorgung:

Dadurch, dass die Welle der Armsteuerung unter dem Kopflager durch das Getriebe hindurch verläuft, war es diesmal nicht möglich, den 12V Li-Ion Akku zu verwenden, den ich normalerweise immer benutze. Er war zu groß und ich musste mir etwas anderes überlegen. Ein Halter für acht Stück AAA-Batterien war das kleinste, was ich finden konnte. Der passte gerade so eben unter das Getriebe und zwischen die sich vor und zurück bewegenden Hebel für den Kiefer und den Schwanz. 

Den „Bauch“ des Dinos habe ich als Klappe ausgeführt, um die Batterien bei Bedarf wechseln zu können. Zwei Scharniere zwischen den Beinen dienen als Anschlag für die Klappe. Der Batteriekasten wird von einem Gummiband in Position gehalten. Ein Mikro-Kippschalter auf dem Rücken des Roboters dient zum Ein- und ausschalten. 

Auch dieses Modell habe ich wieder in Modulen gebaut. Der Kopf und die Beine können durch das Entfernen von wenigen Stellringen und Gummimuffen abgenommen werden. Der Schwanz hingegen ist nicht so leicht zu entfernen, weil dafür erst die Bowdenzüge und die Stahldrähte abgenommen werden müssten.

Spezifikationen:

Länge: 45cm

Breite: 18cm

Höhe: 32cm

Gewicht: ca. 3kg

Motor: 12V Getriebemotor mit 100 UpM

Stromversorgung: 8 x AAA