Зелёный тиранозавр: шагающий динозавр из WeDo 2.0

На оси мотора сидит червяк — серый винт с крупной резьбой, запертый в прозрачном корпусе. С ним сцеплена шестерня на 24 зуба. Червяк устроен так, что за целый свой оборот продвигает шестерню ровно на один зуб. Двадцать четыре оборота мотора — один оборот оси. Скорость падает в двадцать четыре раза. Усилие растёт. Не ровно во столько же — часть съедает трение витков.

Заодно передача разворачивает движение. Мотор лежит вдоль корпуса, а ось с шестернёй выходит поперёк — как раз туда, где у зверя бёдра. Корпус редуктора прозрачный, и всё зацепление видно насквозь: удобно показывать ребёнку, пока модель ещё не обросла зелёными панелями.

У червяка есть ещё одно свойство, ради которого его ставят в лебёдках и подъёмниках: провернуть его со стороны шестерни почти невозможно. Витки идут слишком полого, и трение держит их на месте. Поэтому выключенный динозавр не оседает на пол, а остаётся стоять так, как его застали. Тем же приёмом держится строй гитары: колок наматывает струну через червячную пару примерно 14 к 1, и натянутая струна не может раскрутить его обратно. У грузовых лебёдок рядом с червяком всё равно ставят тормоз: от вибрации трение падает.

Поперёк бёдер проходит чёрная ось. С каждой стороны на неё надет прозрачно-голубой шкив — диск с шестью отверстиями по краю. Ось крутится, диск крутится вместе с ней, и это всё ещё вращение.

Шаг начинается с одного штифта. Его вставляют не в центр диска, а в одно из шести крайних отверстий — схема даже показывает крупно, в какое именно. Верхний конец ноги надет на этот штифт. Диск делает оборот, штифт обходит круг, и нога уходит вместе с ним.

Одного круга мало. Если ногу больше ничем не держать, она будет крутиться целиком, как спица колеса. Второй точкой служит зелёная балка: одним концом она сидит на неподвижном штифте в корпусе, другим — пристёгнута штифтом к самой ноге. Крутиться нога уже не может — ей остаётся качаться. Покрутите ось пальцем и посмотрите на стопу: она обходит замкнутую петлю, часть которой проходит по полу. Это и есть шаг.

Штифты на двух шкивах стоят в противоположных отверстиях, поэтому ноги никогда не бывают в одной позе. Лапы широкие: под каждой серая пластина 4 × 4 с квадратным окном, заметно шире самой ноги.

Хвост у модели длинный, с прозрачным кончиком. Держится он на шаровом шарнире, поворачивается рукой в любую сторону и в ходьбе не участвует.

У настоящего тираннозавра хвост работал. Зверь нёс корпус почти горизонтально: таз посередине, как опора коромысла, голова и хвост — по концам. Хвост был тяжёлый и висел на связках, поэтому раскачивался вверх-вниз с собственной частотой, как груз на пружине. Голландские исследователи измерили эту частоту по трёхмерной модели скелета тираннозавра по кличке Трикс и подобрали к ней частоту шага. Вышло около 4,6 км/ч — скорость идущего человека. Когда шаг попадает в частоту хвоста, хвост раскачивается почти сам и экономит зверю силы.

Модель обходится без этого. Корпус держат две широкие лапы, а скорость задаёт червяк, и другой она не будет.

Есть машины, которые шагают вообще без балансира. Голландец Тео Янсен с 1990 года строит «пляжных зверей» из пластиковых трубок: вдоль хребта идёт коленчатый вал, кривошипы через тонкие тяги ведут ноги, и всю конструкцию переставляет ветер. Задача та же, что у нашего шкива со штифтом, — превратить вращение в шаг. Нога у Янсена собрана из восьми рычагов и ведёт стопу по яйцевидной петле. У динозавра рычагов два.

Порядок такой: сначала привод, потом корпус, потом ноги и в самом конце голова. Червяк с шестернёй ставят на мотор на первых шагах, пока к ним есть доступ со всех сторон. Ноги собираются отдельно, каждая на своей серой лапе-пластине, и надеваются на шкивы уже готовыми — по одному шагу схемы на каждую.

Голова — отдельный узел. Садится она на шаровой шарнир, поэтому крутится и наклоняется рукой. Нижняя челюсть держится на двух бежевых штифтах и откидывается вниз. Глаз — круглая белая плитка с напечатанным чёрным зрачком, посаженная на голубой диск.

Зубы сделаны из зубчатых реек — белых планок с рядом зубьев. В механизмах по такой рейке катится шестерня и превращает вращение в движение по прямой. Деталь для передачи движения поставили работать зубами.

Из электроники нужны смарт-хаб и средний мотор. Датчиков в этой модели нет. Все детали помещаются в один набор, второй докупать не нужно — комплектации смотрите в магазине. Перед первым запуском прокрутите ось пальцем на полный оборот — обе ноги должны пройти круг свободно. Если что-то цепляет, ищите это место пальцами до запуска: мотор через червяк помеху не заметит и продавит.

Программа собирается в бесплатном приложении WeDo 2.0 на планшете или телефоне и выходит совсем короткой: включить мотор, задать мощность и направление, выключить. Датчиков нет. Динозавр не видит руку и не чувствует наклона — всё, что он умеет сам, это переставлять ноги. Рык, если он нужен, играет планшет: у смарт-хаба нет динамика.

Зато напрашивается опыт. Датчик движения лежит в том же наборе, а второй порт на смарт-хабе свободен. Подключите датчик и допишите правило: видит препятствие — мотор стоит, не видит — идёт. Конструкцию ради этого переделывать не придётся, а программа из одной команды станет программой с условием. Потом поменяйте мощность и посмотрите на походку: шаги станут реже, а длина каждого шага останется прежней — её задаёт отверстие в шкиве, куда вставлен штифт.