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Roboter bauen will gelernt sein: Die Geschichte von Balken, Achsen, Verbindern und Motoren

Wir haben viel über Roboterprogrammierung gelernt, aber das Bauen von Robotern ist genau so wichtig. Am einfachsten lernt man bauen durch bauen. Ein paar Grundkenntnisse erleichtert aber das Konstruieren. Im EV3-Kasten sind folgende Gruppen von Elementen enthalten:

  • Balken
  • Rahmen
  • Achsen
  • Pins mit und ohne Reibung
  • Stopper
  • Verbinder
  • Zahnräder

Balken und Rahmen verwenden

Die Länge von Balken und anderen Elementen wird in Lego-Einheiten gemessen. Manchmal wird diese Lego-Einheit «M» wie Modul genannt. Der kürzeste Balken misst 2M, der längste 15M. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier Löcher in einem Balken misst genau 1M.

Lego-Einheiten M (wie Modul)
Lego-Einheiten M (wie Modul)

Frage an Mrtz: Wie nennst Du diese Einheit?

Ich habe dafür keinen Namen. Ich rede dann zum Beispiel von Zweier (2er) oder Vierer (4er).

Balken verlängern

Wenn Balken für eine Konstruktion verbreitert oder verlängert werden müssen, nimmt man Pins mit Reibung und überlappt die Balken um mindestens drei Löcher.

Balken verlängern mit Überlappung
Balken verlängern mit Überlappung

Rahmen verwenden

Im EV3-Baukasten sind O-Rahmen und H-Rahmen enthalten. Diese heissen wegen ihrer Form so. Die Rahmen sind für grosse Konstruktionen mit vielen Anbaupunkten geeignet. Ebenfalls können damit Balken im rechten Winkel zusammen gebaut werden.

Mrtz: Kennst Du rechte Winkel? Und kennst Du noch andere Winkelarten?

Ich kenne den rechten Winkel. Andere aber noch nicht.

Rechter Winkel
Rechter Winkel

Hnz zeigt zwei Weitere Arten von Winkeln. Der spitze Winkel ist kleiner, der stumpfe Winkel grösser als der rechte Winkel.

Spitzer Winkel
Spitzer Winkel
Stumpfer Winkel
Stumpfer Winkel

Konstruktionen mit Balken verstärken

Einfach verbundene Rahmen lassen sich leicht auseinander ziehen. Auf dem Foto weiter unten ist das die obere Konstruktion.

Mrtz: Wie würdest Du die Konstruktion verstärken?

Kei Ahnig. Öppis druf mache.

Mit einem Balken 3M kann eine kleine oder mit einem 11M eine grössere Verstärkung gebaut werden.

Konstruktionen mit Balken verstärken
Konstruktionen mit Balken verstärken

Winkelbalken verwenden

Zu Beginn etwas Geometrie des Kreises und der Winkel. Mrtz: Weisst Du noch, wieviele Grad der Kreis, der Halbkreis und der Viertelkreis haben?

Der Viertelkreis hat 90 Grad und der Halbkreis 180 Grad.

Und das ist richtig! Im EV3-Kasten sind vier Arten von Winkelbalken mit 90 Grad (rechter Winkel) vorhanden. Mrtz: Findest Du die vier Winkelbalken?

Vier Balken mit rechtem Winkel
Vier Balken mit rechtem Winkel

Zusätzlich gibt es noch zwei Arten von Balken mit einem Winkel von 53,13 Grad. Das klingt nach einem komischen Wert, ist aber für die Konstruktionen sehr praktisch. Dieser Winkel kommt auch in einem rechtwinkligen Dreieck mit den Seitenlängen 3M, 4M und 5M vor.

Hnz zeigt Mrtz einen Trick, wie mit einer Schnur ein rechter Winkel ausgelegt werden kann. Auf der Schnur erstellt man Markierungen. Zum Beispiel malt man eine Markierung mit einem roten Filzstift nach 30cm, 40cm und die letzte nach 50cm. Das funktioniert auch, wenn die Markierungen drei Mal eine Handbreite, dann vier und zu letzte fünf Mal eine Handbreite auseinander liegen. Jetzt muss nur die Schnur an den Markierungen straff in alle Richtungen gezogen werden und das Dreieck mit dem rechten Winkel entsteht.

Ein rechtwinkliges Dreieck mit Markierungen nach 30cm, 40cm und 50cm auf einer Schnur
Ein rechtwinkliges Dreieck mit Markierungen nach 30cm, 40cm und 50cm auf einer Schnur

Das gleiche geht auch mit Lego-Balken.

Rechtwinkliges Dreieck aus Lego Balken
Rechtwinkliges Dreieck aus Lego Balken

Selbst entdecken: Grössere Dreiecke

Es gibt ein weiteres, nützliches rechtwinkliges Dreieck, das Du mit den Teilen des EV3-Kastens bauen kannst. Es ist doppelt so gross. Kannst Du dieses Dreieck bauen?

Natürlich können wir das.

Rechtwinkliges Dreieck in doppelter Grösse
Rechtwinkliges Dreieck in doppelter Grösse

Das Lego-Raster

Das Raster hilft dabei, stabile Roboter zu bauen und später ist es leichter, weitere Elemente zu verbinden. Wenn ohne Rücksicht auf das Raster gebaut wird, zum Beispiel in anderen Winkeln, wird die Verbindung mit neuen Lego-Teilen schwierig. Bei der Hauptkonstruktion ist das Raster wichtig. Bei dekorativen Elementen wie Flügel kann das Raster verlassen werden. Nie sollten Lego-Teile gedehnt oder gebogen werden.

Parallele Balken im Raster verbinden
Parallele Balken im Raster verbinden

Selbst entdecken: Winkelkombinationen

Kannst Du eine Kombination aus zwei 53,13-Grad-Winkelbalken finden, um zwei parallele 11M-Balken mit Innenabstand 7M zu verbinden?

Parallele Balken mit zwei 53,13-Grad Winkelbalken verbinden
Parallele Balken mit zwei 53,13-Grad Winkelbalken verbinden

Achsen und Kreuzlöcher verwenden

An einer Achse können rotierende Elemente wie Räder oder Zahnräder angebaut werden. Achsen drehen sich frei in runden Löchern, aber wir können auch feste Verbindungen bauen, in dem wir sie in Kreuzlöcher stecken. Mit Stoppern können wir verhindern, dass die Achse aus den Löchern fällt. Der Achspin mit Reibung ist ein nützlicher Verbinder. Es gibt ihn auch in braun oder grau ohne Reibung.

Verbinder verwenden

Mit Verbindern können wir Balken, Achsen, Motoren und Sensoren in verschiedenen Winkeln zusammen bauen.

Achsen verlängern

Einige Verbinder verbinden zwei Achsen und verlängern sie damit oder verbinden sie in einem bestimmten Winkel.

Parallele Balken verbinden

Du kannst Rahmen oder Balken verwenden, um zwei parallele Balken oder andere Elemente mit Löchern zu verbinden. Oder Du verwendest Verbinder, um Platz oder Balken zu sparen.

Wilde Verbinder
Wilde Verbinder

Selbst entdecken: Konstruktive Verbinder

Kannst Du Verbinder miteinander kombinieren, um eine stabile Konstruktion zwischen Balken zu schaffen wie in unten stehender Abbildung?

Selbst entdecken: Konstruktive Verbinder
Selbst entdecken: Konstruktive Verbinder

Bei diesen Aufgaben haben wir unser gesamtes, dreidimensionales Vorstellungsvermögen und die ausgedruckten Lego-Raster gebraucht um heraus zu finden, wie die Balken zu einander stehen. Dann pröbelten wird herum, bis die Verbindung gelang. Mrtz und Hnz gelangten immer wieder zu anderen Lösungen.

Konstruktive Verbinder

Konstruktive Verbinder

Konstruktive Verbinder

Konstruktive Verbinder

Halbe Lego-Einheiten nutzen

Bestimmte Kombinationen von Verbindern führen zu einer Verschiebung von 0,5M. So können wir zum Beispiel Konstruktionen bauen, die 7,5M lang sind. Solche Konstruktionen sind allerdings nicht leicht mit Balken zu verstärken, da der Abstand der Balkenlöcher immer ganzzahlig ist.

Selbst entdecken: Balken mit einem halben M

Mrtz liest vor: Kannst Du zwei Balken mit Verbindern verbinden, sodass sie einen 18,5M-Balken ergeben?

Langsam sind wir müde. Doch die Aufgabe war nicht sehr schwer.

Dünne Elemente verwenden

Wenn zu wenig Platz ist, können dünnere Elemente mit Breite 0,5M verwendet werden.

Flexible Konstruktionen bauen

Mit Pins ohne Reibung in grau oder braun bauen wir Scharniere und flexible Mechanismen. Mit diesem Beispiel kann das Zahnrad einfacher gedreht werden.

Flexible Konstruktionen mit Pins ohne Reibung
Flexible Konstruktionen mit Pins ohne Reibung

Der EV3-Kasten enthält auch zwei Verbindungsglieder in 6M oder 9M Länge. Diese werden normalerweise für Lenkungen in Lego-Technik verwendet. Sie können manchmal auch als Balken verwendet werden, sind aber weniger stabil. Sie können aber auch Elemente verbinden, die nicht auf gleicher Ebene liegen.

Mit Motoren und Sensoren bauen

Motoren können wegen ihrer Grösse als zentrales Element von Konstruktionen verwendet werden. Wegen der vielen Anschlusspunkte ist es oft praktisch, den Motor als Ausgangspunkt für einen Greifer oder Raupenantrieb zu verwenden. So können wir jeden Mechanismus einzeln testen und in einem stabilen Roboter kombinieren.

Mit einem grossen Motor bauen

Die Form und Masse eines grossen Motors machen es einfach, zwei davon mit einem Rahmen und Pins mit Reibung zu kombinieren. Du musst nur noch Räder oder Raupen sowie den EV3-Stein anbauen.

Balken an die Motorenwelle anschliessen

Räder und Zahnräder mit Kreuzlöchern können direkt an die Welle des grossen Motors angeschlossen werden. Andere Teile können zum Rotieren gebracht werden, in dem sie mit den runden Löchern der Welle verbunden werden. So kann eine Achse bei jeder Motorendrehung vor- und zurücklaufen.

Balken an die Motorwelle anschliessen
Balken an die Motorwelle anschliessen

Mit dem mittleren Motor bauen

Der mittlere Motor ist kleiner und zum Beispiel für die Steuerung eines Rennwagens geeignet.

Mit Sensoren bauen

Jeder Sensor im EV3-Kasten hat Befestigungspunkte für eine Achse und zwei Pins.

Puh! Da haben Mrtz und Hnz aber viele Teile verbunden und unterschiedliche Kombinationen konstruiert. Leider haben die vielen einzelnen Konstruktionen zum Schluss keinen coolen Roboter ergeben. Das hat Mrtz nicht so gefallen. Die letzte Konstruktion, einen EXPLOR3R mit Raupenantrieb, konnten wir leider nicht mehr ganz fertig stellen. Doch jetzt kennen wir den LEGO-Raster, Balken und Verbindungen und haben dabei viel über LEGO-Konstruktionen gelernt.

Published in Mindstorms Allgemein

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