Птица машет крыльями: кривошипный механизм из WeDo 2.0

Вал крутится. Крыло должно качаться. Весь фокус в том, где закреплён корень крыла: не на самой оси, а сбоку от неё. Ось поворачивается — и корень обходит круг вместе с ней: вверх, наружу, вниз, обратно.

Одного круга мало — крылу нужна опора. Дальше от корня крыло ложится поперёк зелёной балки корпуса и лежит на ней, как доска на бревне. Получаются качели: у корня круг совсем маленький, а конец за опорой отвечает на него всем размахом. Чем длиннее крыло, тем шире взмах от того же круга.

Так же ходит щётка стеклоочистителя. Моторчик под капотом крутится всё время в одну сторону, а рычаг переводит вращение в качание: щётка проходит дугу примерно в 90–110° и возвращается. Механизм называется кривошипно-коромысловым — четыре звена, одно крутится, другое качается.

На валу мотора сидят рядом две маленькие шестерни, по восемь зубьев каждая. Каждая цепляет свою большую — на двадцать четыре зуба. Три к одному: мотор делает три оборота, крыло — один взмах, и на крыле втрое больше силы. Крыло длинное — сила там и нужна.

Валов два. По одному на крыло, идут они вдоль корпуса по обе стороны от мотора, а большие шестерни сидят на них со сдвигом — потому и крылья посажены не строго напротив: одно чуть впереди другого. Скорость у них всегда одинаковая, гонит их один вал мотора. А фаза разная: пока одно крыло идёт вверх, второе опускается. Задаётся она при сборке — по схеме второе крыло ставят в нижней точке круга, когда первое смотрит вверх.

Пара конических шестерён внизу — тёмная в глубине корпуса, бежевая на животе — это ответвление привода: тёмная поворачивает вращение на прямой угол и отдаёт его бежевой, выставленной наружу. Нагрузки на бежевой нет. Она крутится напоказ.

У дракона из этого же каталога оба крыла сидят на одном валу и ходят синхронно. Здесь за два вала заплачено парой лишних шестерён — и куплена возможность развести крылья.

Живая птица, кстати, машет медленнее, чем кажется: у большинства птиц реже десяти взмахов в секунду. Быстро бьёт только мелочь — колибри на висении делает полсотни.

Мотор стоит ниже крыла и всё равно поднимает его. У настоящей птицы неудобство то же, а решение своё.

Обе летательные мышцы лежат под крылом, на киле — костяном гребне посреди груди. Большая грудная тянет крыло вниз — это тот удар, который держит птицу в воздухе. Поднимает крыло вторая, малая: она впятеро легче и лежит ещё глубже, но её длинное сухожилие уходит вверх, продевается в узкий канал между костями плеча, перегибается через сустав, как трос через блок, и цепляется за кость крыла уже сверху. Мышца тянет вниз, крыло идёт вверх.

Вместе эти две мышцы — примерно пятая часть веса птицы: большая грудная в среднем 17 %, малая 2–4 %. Для сравнения: грудная мышца человека весит около половины процента.

Модель не летит. Её крыло — плоские пластины, они ходят вверх-вниз, и всё. Настоящее крыло на взмахе ещё и подкручивается вдоль своей оси, меняя угол, — тяга берётся именно оттуда. Инженеры немецкой фирмы Festo показали в 2011 году машущего робота SmartBird: размах 1,96 м, вес 450 г, мотор на 23 Вт. Он взлетает и садится на одних крыльях — именно потому, что каждый его взмах идёт с таким поворотом.

Собирают снизу вверх и начинают с привода. Мотор ложится на чёрную пластину 2×16, на вал садятся две восьмизубые шестерни. Дальше сквозь зелёные балки проходят два вала с большими шестернями, а втулки не дают валам гулять вдоль. Как только привод собран, прокрутите вал пальцем: обе большие шестерни должны идти легко. Закусывает — ищите балку, надетую не на то отверстие; дальше собирать бессмысленно.

Потом корпус. Лаймовый клюв и белые круглые глаза на кронштейнах, хвост из скруглённых кирпичиков поверх мотора. Голова и клюв не двигаются.

Ноги — две гладкие оси в белых угловых муфтах, снизу прозрачно-голубые круглые кирпичики вместо лап. Они не шагают. Их работа — поднять птицу над столом: в нижней точке конец крыла проходит совсем низко, и без ходулей ему некуда было бы идти.

Крылья ставят последними, по одному на шаг. Каждое — четыре пластины: узкие белые у корпуса, широкие оранжевые к концу. Собирайте оба крыла одинаковыми: у более длинного взмах шире, и птица выйдет кособокой.

Из электроники в самой птице — только мотор. Смарт-хаб в схеме не появляется ни разу: мотор соединяется с ним кабелем, а сам хаб остаётся стоять рядом с моделью. Все детали птицы есть в базовом наборе РобоГуру 2.0, второй докупать не нужно.

Датчиков у этой птицы нет — ни наклона, ни движения. Она не знает, где её крылья и что делается вокруг. Программа поэтому выходит в три блока: включить мотор, задать мощность, выключить через сколько-то секунд.

Мощность в приложении WeDo 2.0 и есть частота взмахов. Начните с малой. На медленном ходу видно то, ради чего модель и собрана: корень крыла обходит круг, а конец на верхней и нижней точке останавливается и разворачивается. Прибавьте мощность — и махи сольются в одно движение.

Направление тоже переключается. Крылья от этого не встанут: кривошипу всё равно, в какую сторону идёт вал, круг остаётся кругом.

Чего программа не умеет — остановить крылья там, где вам хочется. Мотор встаёт в той точке, где его застал блок «стоп», и крылья замирают как попало. В машине, которой это важно, на вал ставят датчик и ловят нужный оборот.