Als RoboMan im Herbst 2022 fertig war, fand ich es etwas schade, dass er keine Kniegelenke hatte. Damals war ich aber erstmal froh, überhaupt einen funktionierenden, dass heißt auf zwei Beinen laufenden Roboter, konstruiert zu haben. Mittlerweile habe ich mehr Erfahrungen mit Laufmaschinen gemacht und so habe ich mich nun doch an einen zweiten Roboter mit Kniegelenken gewagt. Von den zusätzlichen Gelenken habe ich mir in erster Linie ein weicheres Gangbild und ein natürlicheres Aussehen versprochen.

Das Besondere an der Lauftechnik bei RoboMan waren und sind jetzt auch die gleichzeitig ablaufenden Bewegungen der Beine in zwei Achsen: erstens vor und zurück für die Vorwärtsbewegung und zweitens seitliches Kippen der Füße zur Gewichtsverlagerung auf das jeweils aktive Bein. Nun kam eine dritte Bewegung hinzu, nämlich das beugen und strecken der Knie. Dafür brauchte ich auch eine dritte Steuerung in Form von zwei Exzentern (eines je Bein), wodurch ich im Inneren des Roboters einiges umgestalten musste: der Platz direkt unter dem „Hüftgelenk“, an dem eigentlich der Motor war, ist jetzt durch die Exzenter und Hebel für die Steuerung der Kniegelenke belegt. Dadurch musste der Motor nach oben wandern und in der Folge die Batterie verkleinert werden. Insgesamt haben sich die Umgestaltungsmaßnahmen aber gelohnt, denn der Roboter ist jetzt aufgeräumter und die Batterie durch eine große Klappe auf dem Rücken erreichbar bzw. verdeckt. Gleichzeitig konnte ich den Oberkörper nun 2 cm kürzer machen und die Beine um einen Zoll länger. Das kommt den Proportionen zugute, denn der RoboMan war etwas untersetzt ausgefallen. Letztlich sind die beiden Roboter ziemlich gleich groß. 

Die Getriebeeinheit besteht aus zwei seitlich angeordneten 3×6-Loch Platten, die durch zwei 75 mm Gewindestangen zu einem Rahmen verbunden sind. Am unteren Ende der Platten sind die Beine gelagert und am oberen Ende der Motor. Dazwischen befindet sich die Hauptwelle, hier Getriebewelle genannt, die die außen- und innenliegenden Exzenter der Beine antreibt. Darüber befindet sich eine weitere Welle, die Zwischenwelle.

Der 12V Motor hat 100 UpM und ist durch zwei 2:1 Getriebestufen auf 25 UpM (1:4) ins Langsame übersetzt. Stufe eins befindet sich auf der linken Aussenseite des Roboters. Das 25er Ritzel auf der Motorwelle treibt ein 50 Zähne Zahnrad auf einer Zwischenwelle an. Eine weitere Stufe mit derselben Übersetzung befindet sich mittig zwischen den beiden No. 130a Exzentern im Getriebe. Wiederum von einem 25er Ritzel auf der Zwischenwelle auf ein 50er Zahnrad auf der Getriebewelle.

Um den Roboter mit seinen neuen Kniegelenken zum Laufen zu bringen, musste ich die vier Exzenter genau aufeinander abstimmen. Das Timing bestimmt dabei das Gangbild und auch den dabei erzeugten Vortrieb des Roboters.

Wenn man von der linken Körperseite auf die Getriebewelle schaut, sieht man als Erstes den linken außenliegenden Exzenter für den Vortrieb des linken Beines in Form eines 1" Bushwheels. Die Getriebewelle dreht sich von dieser Seite aus gesehen gegen den Uhrzeigersinn. Und um bei dem Bild einer Uhr zu bleiben: wenn der Exzenter bei sechs Uhr, also unten steht, befindet sich der gegenüberliegende Exzenter für das rechte Bein natürlich oben bei zwölf Uhr.

Bei den 130a Exzentern für die Knie sieht es dann folgendermaßen aus: Der Niet des linken Exzenters, der zum linken Bein gehört, steht in diesem Moment bei halb zwei. Der des rechten Exzenters steht dementsprechend bei halb acht. 

Bei dieser Einstellung beträgt der Vortrieb des Roboters ungefähr 1 cm je Schritt. Durch Verstellen der Exzenter könnte man die Schritte auch noch etwas größer machen. Allerdings nimmt die Gangsicherheit dann merklich ab und der Roboter beginnt zu taumeln. 

Da der Platz über der Getriebewelle nun durch die Zwischenwelle belegt ist, musste ich den Antrieb für den Kopf und die Arme etwas umständlich von weiter unten abzweigen. Genauer gesagt habe ich an das untere Ende der 130a Exzenter für den Antrieb der Kniegelenke, Lagerungen für zwei „Narrow curved strips“ gebaut. Die gebogenen Flachbänder umrunden die Getriebewelle auf der Vorderseite und münden in kurzen Pendelhebeln aus 2-Loch Flachbändern, die auf der Zwischenwelle gelagert sind. Von diesen Hebeln gehen wiederum 6-Loch „Narrow strips“ nach oben und treiben das Schultergelenk und indirekt auch den Kopf an. Dieser Mechanismus ist der gleiche, wie bei RoboMan. 

Die auf den ersten Blick etwas umständlich anmutende Konstruktion mit den „Narrow Curved Strips“ entpuppte sich später als ziemlich effektvolle mechanische Spielerei. Das Auf und Ab der verschiedenen Hebel wirkt ein bisschen wie das Gestänge einer Dampfmaschine. Das hat mich dann auch auf die Idee gebracht, den Bauch des Roboters wieder offenzulassen und diesmal auch zu beleuchten.

Dieser neue Roboter ist mit Kniegelenken ausgestattet, um ein „menschlicheres“ Gangbild zu ermöglichen. Das heißt, das ich sowohl die Mechanik zum Kippen der Füße, als auch die Beine selbst in der Mitte teilen musste. Die Beine bestehen nun aus Ober- und Unterschenkeln sowie den Füßen. Für eine größere Stabilität habe ich für alle Beinsegmente gedoppelte Lochbänder verwendet. Verglichen mit dem ersten Roboter sind die Beine um 2 Loch bzw. 1 inch länger geworden. Die effektive Länge der Beine ohne Füße und überstehende „slotted strips“ beträgt nun 12 statt 10 Loch.

Die Bewegungen im Detail: 

1. Die Bewegung der Oberschenkel wird von den als Exzenter fungierenden „1" Bushwheels“ außen am Getriebe gesteuert. Sie nehmen die an den vorderen Beinsegmenten befestigten „Slotted Strips“ mit und wandeln so die Drehbewegung in eine Vor- und Rückbewegung um.

2. Ebenfalls von den außenliegenden „1" Bushwheels“ werden die Exzenterstangen für die Kippbewegung der Füße angetrieben. Bei diesem Roboter wie schon beschrieben im Knie geteilt. 

3. Neu hinzugekommen ist die Steuerung der Kniegelenke durch zwei auf der Getriebewelle innenliegend montierten Exzenter 130a. Die Exzenter wirken auf zwei „Corner Brackets 3x2“, die als Hebel dienen und die Auf- und Abbewegung der Exzenter in eine Vor- und Zurückbewegung der Unterschenkel umwandeln. Als Verlängerung der Exzenter dienen in Form gebogene und gedoppelte schmale 7-Loch Bänder. Sie sind zweimal leicht abgewinkelt, um sie durch den seitlichen Versatz auf den genauen Abstand zwischen Getriebewelle und Kniegelenk verkürzen zu können. Zu lange Hebel hätten ein Durchdrücken der Kniegelenke über 180° hinaus bedeutet und zu kurze Hebel dementsprechend nie ganz durchgestreckte Kniegelenke. 

Statt eines „Slotted Strip 11 Hole“, der bei RoboMan als Exzenter für die Kippmechanik der Füße diente, ist dort jetzt ein normales 9-Loch Band, das jedoch auf Höhe des Kniegelenkes endet. Um den Exzenter im Kniegelenk in Position zu halten, dient ein 3-Loch Band als Pendelhebel. Es ist an der hinteren Beinstrebe gelagert. 

Durch das neue Gangbild hat sich der Schwerpunkt des Roboters etwas nach vorne verlagert. Um das auszugleichen, habe ich die Füße modifiziert. Sie sind bei dieser neuen Version jeweils um ein Loch nach vorne verlängert und hinten verkürzt.

Beim Bau meines Dinosauriers war ich wegen Platzmangels gezwungen, nach einer kleineren Batterie zu suchen. Der 8xAAA Batteriehalter, den ich dafür verwendet habe, hat sich aufgrund seiner Abmessungen nun auch hier bewährt. Durch den höher gelegten Motor wäre kein Platz mehr für den größeren 12V Li-Ion-Akku von RoboMan vorhanden gewesen.

Der Batteriebehälter ist an der Rückwand des Oberkörpers mit Gummibändern in einer Schiene aus 3-Loch Winkelstangen befestigt und kann durch Öffnen der Klappe auch entnommen werden, um die Batterien zu wechseln.