RoboMan (Oktober 22)

Im Gegensatz zu zweibeinigen Robotern haben vierbeinige Laufmaschinen, wie zum Beispiel mein Modell „Robodog“, den Vorteil, dass sie beim Laufen nicht umkippen können. Sie sind daher relativ leicht zu realisieren. Es gibt zwar verschiedene Methoden, die Exzenter für den Vortrieb der Beine zu gestalten, aber letztlich funktionieren alle nach dem gleichen Prinzip des Kreuzgangs. Bei diesem Kreuzgang sind immer zwei diagonal gegenüberliegende Beine mit dem Vortrieb beschäftigt, während die beiden anderen Beine nachgezogen werden und eine stützende Wirkung haben. 

Bei einem Zweibeiner ist es etwas komplizierter. Da eine Maschine (zumindest eine rein mechanische) kein Empfinden für das Gleichgewicht hat, würde sie umkippen, wenn nur ein Bein auf dem Boden steht. Um das zu verhindern, gibt es zum Beispiel aus dem Bereich der Spielzeuge viele gut funktionierende Vorbilder. Es gibt unter anderem sehr einfache Konstruktionen mit übergroßen Füßen und seitlichen Auslegern, die auch auf einem Bein noch sicher stehen können. Oder es gibt Roboter der Space Age Ära, die mit schnell laufenden Kreiselantrieben versehen waren, welche sie in der Senkrechten gehalten haben. Über letztere Variante habe ich eine Zeit lang nachgedacht, ohne einen echten Versuch zum Bau einer solchen Konstruktion zu wagen. Ich war mir nicht sicher, ob ich ein Schwungrad entsprechend des Masseverhältnisses bei meinem geplanten Roboter verwirklichen könnte. Denn Meccano ist vergleichsweise schwer und entsprechend schwer und/oder schnell muss ein Kreisel sein, um für eine ausreichende Stabilität zu sorgen. Es gab zu diesem Prinzip auch ein Modell aus Meccano von Bernard Perier, das allerdings eine sehr große Schwungmasse und sehr kurze, eigentlich gar keine Beine besaß. Das ist zwar ein faszinierendes Modell zur Erklärung des Kreisels, war aber für meine Zwecke ungeeignet. 

Den Durchbruch hatte ich, als ich bei youtube einen Roboter sah, der ganz aus Papier gebaut war und einen auf den ersten Blick etwas kompliziert wirkenden Antrieb hatte. Bei diesem Roboter, der wahrscheinlich auf eine ähnliche, allerdings servogesteuerte Konstruktion namens „Big Foot“ zurückgeht, sind je Bein zwei Exzenter an der Steuerung beteiligt. Eines für die Vor- und Rückwärtsbewegung des Beins und ein zweites, das den dazugehörigen Fuß in der Horizontalsachse kippt. Dadurch bewegt der Roboter seinen Körperschwerpunkt immer zuverlässig über das am Boden befindliche aktive Bein, während er das andere Bein etwa einen Zentimeter über dem Boden von hinten zurück nach vorne führt. Dieses Prinzip erschien mit sofort sehr vielversprechend.

Der klare Vorteil dieser Konstruktion besteht neben dem erstaunlich sicheren Gangbild darin, dass der Antriebsmotor den Roboter nicht bei jedem Schritt gegen sein Eigengewicht nach oben wuchten muss, sondern die Beine nur vor und zurückbewegt. Auch das seitliche Kippen ist für den Motor keine schwere Last. Allerdings muss bei dieser Konstruktion die Kippbewegung exakt auf die Größe und das Gewicht des Roboters abgestimmt sein, damit er bei seiner Seitwärtsbewegung nicht entweder zur Seite fällt, wenn er einen Schritt macht, oder aber nur auf seinen Füßen kreist, weil die Gewichtsverlagerung zu klein ausfällt.

Da ich meinen Roboter von unten nach oben, also von den Füßen zum Kopf, gebaut habe, konnte ich mit jedem neuen Bauabschnitt kontrollieren, ob die Gewichtsverteilung auch funktionierte. Den größten Einfluss auf das seitliche Wanken haben aber die Arme. Sie sind weit oben und am breitesten Punkt des Roboters angebracht und relativ schwer. Dadurch ziehen sie den Roboter bei jedem Schritt zusätzlich etwas zur Seite auf das aktive Bein. Falls es nötig gewesen wäre, hätte ich an dieser Stelle auch sehr leicht noch Gewicht hinzufügen können, indem ich zum Beispiel die Arme mit Stellringen hätte füllen können.


Der Rahmen für den linken Fuß mit angeschraubten Lagerplatten für die Beinexzenter. Rechts ist vorne. Die querliegenden 5-Loch Bänder sind Lager für die "Fußgelenke". An den beiden Winkeln wird die gelbe Abdeckung montiert.

Bauteile für den linken Fuß.

Abgesehen von kleinen Änderungen bzgl. der Übersetzung sieht man hier die Beine samt Rahmen für den Motor. Er befindet sich für einen niedrigen Schwerpunkt so weit unten wie möglich.

Die Beine von der rechten Seite gesehen. Der Getrieberahmen besteht aus zwei 3x6 Loch Platten, die mittels Gewindestangen verbunden sind. 

RoboMans Füße von vorne gesehen

RoboMans linker Fuß von der Seite gesehen

RoboMans Füße von unten gesehen. Sie sind so groß, damit der Roboter auch auf einem Bein sicher stehen kann.

Ansicht von vorne links. Das breite 38er Zahnrad von Meccano leitet die Bewegung der Beine an die beiden Exzenter für die Arm/Kopfbewegung weiter.

Ansicht von hinten links. Ein 15er Ritzel direkt auf der Motorwelle treibt ein 38 Zähne Zahnrad von Märklin an, das auch gleichzeitig Kurbelantrieb für das linke Bein ist. 

Die Schulterabdeckung von innen...

...und von außen gesehen. 

Blick in das geöffnete Rollenlager für den Kopf.

Das geschlossene Rollenlager. Die "threaded bosses" dienen als Sockel für den Kopf.

Linkes "Hüftgelenk" von vorne gesehen. Der innere "Slotted strip" sorgt für die vor- und zurück Bewegung  der Beine. Der äußere für die Kippbewegung der Füße.

Beide Beine von vorne unten gesehen. Der Motor wird von einer flexiblen Platte verdeckt.

In der Bildmitte die beiden Exzenter zur Steuerung von Armen und Kopf.

RoboMans Kopf von innen.

Robomans Kopf von unten. Der 5-Loch Verbindungsbügel dient zur Befestigung auf dem Rollenlager.

Schultern von hinten gesehen. Unten der blaue Akku. Das Getriebe darüber leitet die gegenläufigen Drehungen der Arme über zwei Kronräder an zwei 25er Ritzel weiter. Das untere der beiden Ritzel dreht den Kopf abwechselnd nach links und rechts. Das obere Ritzel läuft auf derselben Welle lose in der Gegenrichtung mit.

Blick von vorne auf die Schultern. Über dem Getriebe zum Antrieb des Kopfes befindet sich der Sockel für das Kopflager.

Schultern von oben betrachtet. "Wheel Flanges" dienen als Lager für die "Boiler Ends", an denen wiederum die Arme befestigt sind. "Reverse angle brackets" dienen als Verbindung zwischen Körper und Schultergelenk. Im Bild links oben ist das "Bush wheel" zu sehen, das als Kurbel für die Bewegung des rechten Armes dient. Es wird von dem verlängerten Exzenter darunter angetrieben.

Blick in RoboMans "Bauch". Die beiden blauen Exzenter wandeln die Drehbewegung des Motors in eine hin- und her Bewegung zur Steuerung der Arme um. Ein Exzenter je Seite steuert den dazugehörigen Arm. Die gegenläufigen Drehbewegungen der Armwellen treffen im Kopflager wieder aufeinander.

RoboMan von links vorne gesehen. 

Linke Hand von innen gesehen.

Linke Hand von aussen gesehen.

RoboMans Kopf von hinten

Ein freundliches Gesicht