Человек с телегой: шагающий робот из WeDo 2.0

Мотор здесь — само туловище, от пояса до плеч. Вал смотрит вниз. А ноги висят на поперечной оси, той, что идёт от левого ботинка к правому, и крутить надо именно её. Два направления расходятся под прямым углом.

Между ними стоят две шестерни со скошенными зубьями — коническая пара. Чёрная на 12 зубьев надета на вал мотора, бежевая на 20 — на поперечную ось. Из-за скоса зубья сцепляются под углом, и вращение переходит с вертикального вала на ось ног.

Заодно пара сбавляет ход. За один оборот оси мотор проворачивается один и две трети раза: маленькой шестерне приходится прогонять двадцать чужих зубьев вместо своих двенадцати. Ось идёт примерно в 1,7 раза медленнее мотора, а тянет во столько же раз сильнее.

Так же устроена голова болгарки. Мотор там разгоняется до тридцати тысяч оборотов в минуту, а кругу положено от двух до двенадцати тысяч, смотря по диаметру, — и нужен запас силы, чтобы круг не встал в пропиле. Коническая пара в редукторе сбрасывает обороты и заодно разворачивает вал на 90°, к диску.

Ботинок собран из пяти деталей: оранжевая пластина-подошва, два лаймовых скоса, голубой кирпичик и серый кирпичик, из которого вбок торчит штифт. Больше в ноге ничего нет. Ни сустава, ни пружины.

Штифт входит в отверстие у самого края диска — такой узел инженеры зовут кривошипом. Дальше работает геометрия: диск поворачивается, отверстие идёт по кругу, и ботинок вместе с ним опускается, едет назад, поднимается и возвращается вперёд. Пока подошва прижата к столу, этот ход назад и толкает фигурку.

Сам ботинок висит на штифте свободно и остаётся горизонтальным — как педаль велосипеда. Нога велосипедиста описывает круг, а педаль под ней — нет: она сидит на собственной оси и всё время смотрит вверх. Шатуны у велосипеда разведены на пол-оборота, чтобы ноги работали по очереди. Здесь так же: левый и правый ботинки посажены в противоположные отверстия, и когда один внизу, второй наверху.

Дисков на каждом конце оси по два. Схема отдельно предупреждает: отверстия в них должны совпасть — иначе штифту некуда войти.

Тачка — две лаймовые балки 1×16. На дальнем конце между ними зажато колесо: ось-семёрка и три втулки, чтобы оно не съезжало вбок. На ближних концах балок стоят чёрные штифты, и на них надеты зелёные балки 1×7, идущие от плеч фигурки, — руки. Это жёсткие тяги: человек и тачка становятся одной машиной.

Груз в тачке — смарт-хаб, и лежит он вплотную к колесу. Тачка ведь рычаг: опора у неё на оси колеса, груз между опорой и руками. Чем ближе груз к оси, тем меньшая доля веса достаётся рукам. Хаб положили почти на ось.

Придумали это в Китае. На росписи из гробницы под Чэнду, датированной 118 годом, человек уже катит одноколёсную тачку; в 231 году Чжугэ Лян собрал для армейского обоза «деревянного вола» — большое колесо посередине и деревянная рама вокруг него. В китайской схеме колесо стоит прямо под грузом: весь вес ложится на ось, а человек только толкает. На такой тачке возили и людей, до шести человек разом.

В Европе тачка появилась между 1170 и 1250 годами, и колесо у неё встало спереди. Часть веса вернулась в руки. Зато груз теперь видно, а вывалить его можно, наклонив тачку вперёд через колесо. Модель повторяет европейскую схему — и кладёт груз так близко к колесу, как позволяют балки.

Оба ботинка сидят на одной оси. Корпус висит на этой оси и может свободно повернуться вокруг неё: качнулся вперёд — уткнулся носом, качнулся назад — сел. Удержать себя ему нечем: датчиков в модели нет вовсе, значит, и наклона она не заметит.

Держит фигурку тачка. Колесо впереди — третья точка опоры, и клюнуть носом корпусу больше некуда. Два ботинка сзади, колесо спереди: вышла трёхопорная машина, в которой тачка работает шасси.

Тем же приёмом пользуются настоящие шагающие машины. Драглайн — карьерный экскаватор размером с дом — между шагами стоит на круглом плоском основании под кузовом. По бокам у него два стальных башмака на эксцентриках — дисках, сидящих на оси мимо центра. Диск проворачивается, башмаки опускаются, приподнимают машину, переставляют её и снова опускают на основание. Шагают башмаки, держит основание. А башмак на эксцентрике — тот же ботинок на диске, только стальной.

И смарт-хаб конструктор не стал встраивать в туловище. Иначе фигурка несла бы его на своих штифтах — а так его вес принимает колесо.

Сначала человечек, потом тачка. Шаги с 1-го по 24-й — рама с мотором, коническая пара, диски, два ботинка и голова. Шаги с 25-го по 30-й — тачка, и последним движением её пристёгивают к плечам зелёными балками.

Лицо собирается из четырёх деталей: голубая круглая пластина 4×4, две белые круглые плитки с чёрным зрачком и оранжевый шарик. Шарик — это Technic Ball Joint, деталь для шарниров. Здесь он работает носом.

Ошибиться здесь проще всего в двух местах. Отверстия в дисках совместите до того, как надевать диски на ось, — иначе штифт ботинка не пройдёт насквозь. И посадите левый и правый ботинки в противоположные отверстия: совпадут — оба поднимутся разом, и вместо шага выйдет подскок.

Все 57 деталей есть в одном наборе РобоГуру 2.0, второй докупать не нужно. Сложность 3 из 5: узлов немного, но шестерни и штифты требуют аккуратности. Инструкция целиком — в PDF: тридцать страниц, по шагу на страницу.

Из электроники в модели мотор и смарт-хаб. Датчиков нет — ни наклона, ни движения, — и спрашивать программе не у кого. Она выходит короткой: включить мотор, задать мощность и направление. Собирается всё это в бесплатном приложении WeDo 2.0 на телефоне или планшете.

Интереснее всего направление. Поменяйте его — и диски пойдут в обратную сторону, а человечек попятится, потащив тачку за собой. Механизм тот же, задача перевёрнута.

Мощность стоит подобрать на месте. Шаг держится на трении: подошва прижата к столу только весом фигурки и отталкивается ровно настолько, насколько зацепится. Пустите модель по голому столу и по ковру — сравните, где она уходит дальше.