FISCHER Fischertechnik Bionic Robots User manual

• Begleitheft
• Activity ooklet
• Manuel d’accompagnement
• Begeleidend oekje
• Cuaderno adjunto
• Folheto
• Begleitheft
• Activity ooklet
• Manuel d’accompagnement
• Begeleidend oekje
• Cuaderno adjunto
• Folheto

BIONIC ROBOTS
Das Begleitheft zum Baukasten.
Für alle, die wissen wollen,
„was dahinter steckt“
BIONIC ROBOTS
Activity Booklet for the Assem ly Kit.
For everyone who wants to know
“what’s ehind it.”
BIONIC ROBOTS
Le manuel d’accompagnement du
jeu de construction.
Pour tous ceux qui veulent savoir
« ce qu’il y aderrière »
BIONIC ROBOTS
Begeleidend oekje ij
de ouwdoos.
Voor iedereen die wil weten
wat„erachter zit“
BIONIC ROBOTS
O auxiliar do kit Para
Todos osque querem sa er
«como a coisa funciona por
dentro»
BIONIC ROBOTS
Cuaderno adjunto a la caja de
costrucción.
Para todos aquellos que quieren
sa er «qué hay detrás de las cosas»
D
F
E
GB+USA
NL
P
Bionic.QXD 16.11.2001 15:09 Uhr Seite 1

CONTENTS
1. Bionic – Nature as a Model S. 12
2. Requirements and Startup S. 12
3. Walking on Six Legs S. 13
3.1 The Way Insects Walk S. 13
3.2 Model Mike S. 13
3.2.1 Assembly of the Model S. 13
3.2.2 The irst Program S. 13
3.2.3 Turning Left S. 14
3.2.4 Left, Right, orward, Backward S. 14
3.2.5 Detecting Obstacles S. 15
3.3 Model Jack S. 16
3.3.1 The Design S. 16
3.3.2 The Programming S. 16
4. Walking on Four Legs S. 18
4.1 The Way Mammals Walk S. 18
4.2 Model Joe S. 18
4.2.1 The Design S. 18
4.2.2 The Programming S. 18
5. Walking on Two Legs S. 19
5.1 Two-Legged Walkers S. 19
5.2 Model Jim S. 19
6. Summary S. 20
GB+USA
1
D
I N H A L T
1. Bionic – Die Natur als Vor ild S. 2
2. Voraussetzungen und Einstieg S. 2
3. Laufen auf 6 Beinen S. 3
3.1 Gangart der Insekten S. 3
3.2 Modell Mike S. 3
3.2.1 Konstruktion des Modells S. 3
3.2.2 Das erste Programm S. 3
3.2.3 Die Linksdrehung S. 4
3.2.4 Links, rechts, vor, zurück S. 4
3.2.5 Hindernisse erkennen S. 5
3.3 Modell Jack S. 6
3.3.1 Die Konstruktion S. 6
3.3.2 Die Programmierung S. 6
4. Laufen auf 4 Beinen S .8
4.1 Gangarten der Säugetiere S. 8
4.2 Modell Joe S. 8
4.2.1 Die Konstruktion S. 8
4.2.2 Die Programmierung S. 8
5. Laufen auf 2 Beinen S. 9
5.1 Zweibeinige Läufer S. 9
5.2 Modell Jim S. 9
6. Zusammenfassung S. 10
S O M M A I R E
1. Bionique – la Nature comme modèle S. 22
2.
Conditions requises et mise en route S. 22
3. Marche sur 6 pattes S. 23
3.1 Mode de déplacement des insectesS. 23
3.2 Maquette Mike S. 23
3.2.1 Conception de la maquette S. 23
3.2.2 Le premier programme S. 23
3.2.3 Rotation vers la gauche S. 24
3.2.4
Gauche, droite, en avant, en arrière S. 24
3.2.5 Reconnaître les obstacles S. 25
3.3 Maquette Jack S. 26
3.3.1 La conception S. 26
3.3.2 La programmation S. 26
4. Marche sur 4 pattes S. 28
4.1
Modes de déplacement des mammifères S. 28
4.2 Maquette Joe S. 28
4.2.1 La conception S. 28
4.2.2 La programmation S. 28
5. Marche sur 2 pieds S. 29
5.1 Les bipèdes S. 29
5.2 Maquette Jim S. 29
6. Résumé S. 30
I N H O U D
1. Bionic – de natuur als voor eeld S .32
2. Voorwaarden en voor ereiding S. 32
3. Lopen op zes enen S. 33
3.1 Gang van de insecten S. 33
3.2 Model Mike S. 33
3.2.1 De constructie S. 33
3.2.2 Het model programmeren S. 33
3.2.3 Linksom draaien S. 34
3.2.4 Links, rechts, vooruit, achteruit S. 34
3.2.5 Hindernissen herkennen S. 35
3.3 Model Jack S. 36
3.3.1 De constructie S. 36
3.3.2 Het model programmeren S. 36
4. Lopen op vier enen S. 38
4.1 Gangen van de zoogdieren S. 38
4.2 Model Joe S. 38
4.2.1 De constructie S. 38
4.2.2 Het model programmeren S. 38
5. Lopen op twee enen S. 39
5.1 Tweebenige lopers S. 39
5.2 Model Jim S. 39
6. Samenvatting S. 40
C O N T E N I D O
1.
Biónica – La naturaleza como modelo
S. 42
2. Requisitos e iniciación S. 42
3. Andar con 6 patas S. 43
3.1 Modo de andar de los insectos S. 43
3.2 Modelo Mike S. 43
3.2.1 Construcción del modelo S. 43
3.2.2 Primer programa S.43
3.2.3 Giro a la izquierda S. 44
3.2.4 I
zquierda, derecha, adelante, hacia atrás S. 44
3.2.5 Reconocer obstáculos S. 45
3.3 Modelo Jack S. 46
3.3.1 Construcción S.46
3.3.2 Programación S. 46
4. Andar con 4 patas S. 48
4.1 Modos de andar de los mamíferos S. 48
4.2 Modelo Joe S. 48
4.2.1 Construcción S.48
4.2.2 Programación S. 48
5. Andar con 2 patas S. 49
5.1 Andadores de 2 patas S. 49
5.2 Modelo Jim S. 49
6. Resumen S. 50
C O N T É U D O
1. Bionic – A Natureza como modelo S. 52
2. Requisitos e primeiros passos S. 52
3. Andar so re 6 pernas S. 53
3.1 O andar dos insetos S. 53
3.2 Modelo Mike S. 53
3.2.1 Construção do modelo S. 53
3.2.2 O primeiro programa S. 53
3.2.3 A rotação para a esquerda S. 54
3.2.4 Esquerda, direita, em frente, à ré S. 54
3.2.5 Reconhecer obstáculos S. 55
3.3 Modelo Jack S. 56
3.3.1 A construção S. 56
3.3.2 A programação S. 56
4. Andar so re 4 pernas S. 58
4.1 Andaduras dos mamíferos S. 58
4.2 Modelo Joe S. 58
4.2.1 A construção S. 58
4.2.2 A programação S. 58
5. Andar so re duas pernas S. 59
5.1 Andante bípede S. 59
5.2 Modelo Jim S. 59
6. Resumo S. 60
F
NL EP
Bionic.QXD 16.11.2001 15:09 Uhr Seite 1

2
D1. Bionic – Die Natur als Vorbild
Der Begriff Bionic setzt sich zusammen aus den beiden Begriffen Biologie
und Technik. Dieser Zweig der Wissenschaft versucht stets, sich bei tech-
nischen Lösungen an der Natur zu orientieren.
So hat der Mensch mit dem Ziel, sich weiter, schneller und effektiver fort zu
bewegen als von Natur aus möglich, immer wieder Maschinen erfunden, die
dies den jeweiligen Anforderungen entsprechend auf unterschiedliche Weise
gewährleisten. ahrzeuge rollen auf Rädern. In schwierigem Gelände, wo
Radfahrzeuge versagen, werden Kettenfahrzeuge eingesetzt. Schiffe schwim-
men auf dem Wasser oder sind in der Lage zu tauchen. Bei einigen ortbe-
wegungsarten dient auch die Natur als Vorbild. So gleicht beispielsweise ein
lugzeug einem segelnden Vogel.
Seit einigen Jahren beschäftigen sich Wissenschaftler mit einer weiteren, in
der Natur sehr verbreiteten Bewegungsform, dem Gehen bzw. Laufen.
Es werden Roboter entwickelt, die in der Lage sind, sich auf Beinen fort zu
bewegen. Solche Laufmaschinen könnten überall dort eingesetzt werden,
wo Rad- und Kettenfahrzeuge kaum mehr eine Chance hätten, so z. B. in
äußerst unebenem oder nachgiebigem Gelände, beim Klettern über Hin-
dernisse, Treppen steigen, Überwinden von Gräben oder beim Einsatz an
schwer zugänglichen und gefährlichen Stellen in Kernkraftwerken, Berg-
werkstollen oder bei Rettungsaktionen.
Die ersten ernsthaften Versuche bei der Entwicklung von Laufmaschinen ent-
standen 1967 an einer Universität in Tokio. Erstmals orientierte man sich
an Stelle von Insekten an der menschlichen Gangart. Die ständige Weiteren-
twicklung dieser Versuche führte 1985 zu der ersten zweibeinigen Lauf-
maschine. Inzwischen besitzen diese Roboter über 50 reiheitsgrade und
zahlreiche Mikroprozessoren. Mit Hilfe einer Kamera können Sie z. B. Noten
lesen und Orgel spielen.
Man kann sich sogar mit
ihnen unterhalten.
Ein Beispiel für einen sechs-
beinigen Laufroboter ist
der an der Königlichen
Militärakademie in Brüssel
entwickelte elektropneu-
matische Laufroboter
„Achille“. Ausgestattet mit
einer Kamera oben und
an den sechs Beinen, soll
dieser Roboter mechanisch
auf erhöhte oder vertiefte
Hindernisse (Gegenstände
oder Löcher) reagieren.
Nun hat sich auch fischer-
technik diesem spannenden
Thema gewidmet und
laufende Roboter konstru-
iert, die dann mit dem
Intelligent Interface und
der Software LLWin „zum
Leben erweckt“ werden.
2. Voraussetzungen und Einstieg
Damit du die Modelle des Computing-Baukasten „Bionic Robots“ bauen
kannst, benötigst du zusätzlich zum Baukasten noch folgende Artikel:
Intelligent Inter ace, Art.-Nr. 30402
So tware LLWin (ab Version 3.0), Art.-Nr. 30407
Stromversorgung Accu Set, Art.-Nr. 34969
Wenn du dich mit der Software LLWin und dem Interface noch nicht aus-
kennst, solltest du zunächst das Handbuch der Software LLWin durchlesen.
Dort ist beschrieben, wie die Software installiert und das Interface
angeschlossen wird. Es ist außerdem bestens dazu geeignet, erste Erfahrun-
gen zu sammeln, wie man fischertechnik-Modelle über den PC steuert.
Mit einigen wenigen Bauteilen aus dem Baukasten (Motor und Taster)
kannst du dir zunächst ganz einfache Modellsteuerungen aufbauen.
Sobald du mit der Software und dem Interface vertraut bist, kannst du dich
dann durchaus an die anspruchsvolleren Bionic-Robots-Modelle wagen.
Im Baukasten ist eine CD-ROM enthalten, auf der sich LLWin-Beispielpro-
gramme für die Modelle des Baukastens befinden. Um die Programme öff-
nen zu können, benötigst du die Software LLWin ab Version 3.0. Du kannst
entweder die Beispielprogramme auf der CD lassen und aus LLWin heraus
mit dem Befehl DATEI – Ö NEN aufrufen oder den kompletten Ordner
BIONIC-ROBOTS von der CD in das Projektverzeichnis von LLWin auf die
estplatte kopieren und die Beispiele von dort aus öffnen.
Bevor du die Modelle
baust, musst du auch
noch einige Teile
montieren, z. B. Kabel
und Stecker.
Was genau zu tun ist,
wird in der Bauanleitung
beschrieben.
So, jetzt ist es so weit.
Nun kannst du ein-
tauchen in die
faszinierende Welt der
laufenden fischer-
technik-Roboter. Sobald
du das erste Modell
fertig hast und es auf
beinahe gespenstische
Weise anfängt sich fort
zu bewegen, wirst du
begeistert sein von
dieser Technik, die
in der Natur schon seit
Millionen von Jahren
für die ortbewegung
benutzt wird.
Bionic.QXD 16.11.2001 15:09 Uhr Seite 2

3. Lau en au 6 Beinen
3.1 Gangart der Insekten
Die Gangart der Insekten eignet sich hervorragend als Vorbild für den Antrieb
von „maschinellen Sechsbeinern“. Beim sogenannten Dreifußgang heben im-
mer drei der sechs Beine gleichzeitig vom Boden ab, das vordere und hintere
Bein der einen Seite zusammen mit dem mittleren Bein der anderen Seite:
Die Beine, die auf dem Boden stehen (schwarz dargestellt), bilden ein
stabiles Dreibein, so dass das Modell immer sicher steht und beim Laufen
nicht umkippt.
3.2 Modell Mike
3.2.1 Konstruktion des Modells
Baue nun den Sechsbeiner Mike (siehe Bauanleitung S. 4). Lade während
des Bauens den Akkupack auf, damit du später genügend Energie zum
Antrieb des Modells zur Verfügung hast.
Die Beine des Modells sind so konstruiert, dass sie ein sogenanntes Vierge-
lenkgetriebe ergeben. Die Bauform des hier verwendeten Viergelenks nennt
man „Kurbelschwinge“. Angetrieben von einer Kurbel führen die beweglich
gelagerten Glieder des Getriebes schwingende Bewegungen aus.
Die Abstände zwischen den einzel-
nen Gelenken und die Lage des
ußpunktes (das ist das untere
Ende des Beins), sind so gewählt,
dass der ußpunkt eine elliptische
Bewegung beschreibt, wenn sich
die Antriebskurbel dreht.
Dadurch entsteht eine Bewegung,
die einem Schritt beim Laufen äh-
nelt. Die 6 Kurbeln, die die Beine
antreiben, müssen genau so jus-
tiert werden, wie in der Bauan-
leitung gezeigt. Die drei Beine, die
gleichzeitig auf dem Boden aufsetzen, haben die gleiche Kurbelstellung.
Die Kurbeln der 3 Beine, die zu diesem Zeitpunkt in der Luft stehen, sind
dazu um 180° verdreht. Die richtige Stellung der Kurbeln zueinander
gewährleistet, dass das Modell in der richtigen Schrittfolge, dem Dreifuß-
gang, laufen kann.
Die Zangen- und Nabenmuttern, mit denen man die Schnecken und Zahn-
räder auf den Achsen fixiert, müssen gut festgedreht werden, damit sich
die Kurbeln während des Laufens nicht verstellen.
Die rechte und linke Seite des Modells werden von je einem Motor ange-
trieben (das wird für das Kurvenlaufen benötigt). Deshalb muss dafür
gesorgt werden, dass sich das mittlere Bein der einen Seite immer in der
gleiche Stellung befindet wie die beiden äußeren Beine der anderen Seite.
Diese Synchronisation erfolgt softwaregesteuert über die Taster E1 und E2.
Teste mit der Interfacediagnose, ob alle Taster und Motoren richtig ange-
schlossen sind. Drehrichtung der Motoren: linke Drehrichtung = vorwärts
3.2.2 Das erste Programm
Nun beginnen wir damit, Mike etwas beizubringen. Zuerst soll das Modell
nur geradeaus laufen. Um das Kurvenlaufen und das Reagieren auf Hin-
dernisse kümmern wir uns später.
Au gabe 1:
Programmiere das Modell so, dass es im Dreifußgang geradeaus
läuft. Benutze die Taster E1 und E2 zur Synchronisation der linken
und rechten Beine. Beachte dabei, dass immer die beiden äußeren
Beine der einen Seite und das mittlere Bein der anderen Seite
die gleiche Stellung haben. Verwende außerdem den Taster E8 als
Reset-Taster.
Tipps:
Programmiere für jeden Motor einen eigenen Ablauf. Steuere den
Ablauf für Motor M2 mit Hilfe einer Variablen VAR2. Wenn du
während des
Programmierens
das Interface
nicht benötigst,
solltest du die
Stromverbindung
zwischen
Akkupack und
Interface unter-
brechen um En-
ergie zu sparen.
Lösung:
Das Programm
für das Ger-
adeauslaufen
sieht wie folgt
aus:
3
D
Bionic.QXD 16.11.2001 15:09 Uhr Seite 3

4
DDie Variable VAR2 gibt den Impuls, dass Motor M2 startet. Dann wird Motor
M1 gestartet. Sobald der Taster E1 betätigt wird, stoppt M1. Sobald E2
betätigt wird, stoppt M2. Der erste Ablauf wartet, bis M2 angehalten hat
(Zustand des Motors M2 wird über E32 abgefragt; siehe auch „Abfragen
des Motorzustands“ im Handbuch LLWin).
Übrigens, wenn du keine Lust hast diesen Ablauf selbst zu erstellen, findest
du ihn als Beipielprojekt MIKE_GERADE.MDL auf der beiliegenden CD.
Starte das Projekt. Wenn du alles richtig programmiert hast, kommt jetzt
Leben in das Modell und es läuft geradeaus. Herzlichen Glückwunsch.
Der erste Schritt ist getan.
3.2.3 Die Linksdrehung
Es reicht uns natürlich noch längst nicht, dass Mike nur geradeaus läuft.
Als Nächstes wollen wir, dass er sich auf der Stelle dreht.
Au gabe 2:
Programmiere Mike so, dass er sich nach links dreht.
Tipps:
Das Modell dreht sich nach links, wenn sich M1 nach links und M2
nach rechts dreht.
Du kannst das Modell natürlich unsynchronisiert betreiben. Es dreht
sich dann auch, allerdings gibt es dann Stellungen, in denen das
Modell nach vorne kippt. Das kann man vermeiden. Und zwar mit
folgendem Ablauf:
Mit Hilfe der Taster E1-E4 bewegen sich die linke und die rechte Seite des
Modells zuerst einen Schritt gleichzeitig, dann macht die linke Seite einen
Schritt, anschließend die rechte usw. So kippt das Modell nie nach vorne.
Probiere es aus! Dann fällt es dir auch leichter, diese Reihenfolge nachzu-
vollziehen.
Auch diesen Ablauf findest du als Projekt MIKE_LINKS.MDL auf der CD.
Jetzt kann das Modell geradeaus laufen und sich nach links drehen. Es fehlt
noch das Rückwärtslaufen und die Rechtsdrehung. Das Rückwärtslaufen
funktioniert im Prinzip wie das Vorwärtslaufen, nur mit umgekehrter Motor-
drehrichtung. Die Rechtsdrehung funktioniert im Prinzip umgekehrt wie die
Linksdrehung.
3.2.4 Links, rechts, vor, zurück
Au gabe 3:
Programmiere nun jede der unktionen GERADEAUS, ZURÜCK, LINKS
und RECHTS als Unterprogramm, damit du sie später in verschiede-
nen Projekten flexibel einsetzen kannst.
Tipps:
Wie man einen vorhandenen Ablauf in ein Unterprogramm kopiert,
ist im LLWin-Handbuch beschrieben.
Verwende in jedem Unterprogramm eine andere Variable (VAR2-
VAR5) um den Ablauf für Motor M2 zu starten.
Damit bei der Rechtsdrehung
das Modell nicht kippt, muss
es zuerst mit der rechten
Seite einen Schritt rückwärts,
und dann mit der linken
Seite einen Schritt vorwärts
tun. Danach können beide
Seiten gleichzeitig einen
Schritt machen usw.
Das Unterprogramm dazu
sieht wie folgt aus:
Bionic.QXD 16.11.2001 15:09 Uhr Seite 4

5
D
Die anderen Unterprogramme haben wir an dieser Stelle nicht abgedruckt.
alls du beim Programmieren eines Ablaufs Schwierigkeiten hast, findest du
die fertigen Unterprogramme in der Datei MIKE_VORLAGE.MDL auf der CD.
Das Hauptprogramm dieses Projekts ist leer. Im Bausteinfenster unter dem
Reiter „Unterprogramme“ findest du dann die Liste mit den vorhandenen
Unterprogrammen, die du im Hauptprogramm einfügen kannst.
Aber schau nicht gleich dort
nach wie es geht. Versuche
zunächst einmal selbst auf
die Lösung zu kommen.
Wenn du es nicht schaffst,
kannst du immer noch nach-
sehen.
Um alle Unterprogramme
auszuprobieren, wollen wir
Mike jetzt tanzen lassen.
Au gabe 4:
Programmiere Mike so, dass er 5 Schritte nach vorne macht, sich
2 Schritte nach links dreht, dann 2 Schritte nach rechts, an-
schließend 3 Schritte zurück und dann wieder von vorne beginnt.
Verwende als Zählvariable für die Anzahl der Schritte die Variable
Var1. Benutze E8 als Reset-Taster.
Lösung:
Dieses Projekt heißt MIKE_TANZ.MDL.
3.2.5 Hindernisse erkennen
Zuletzt wollen wir Mike noch dazu bringen, dass er mit seiner beweglichen
Stoßstange (oder nennen wir es besser „ ühler“) Hindernisse erkennt und
ihnen ausweicht.
Au gabe 5a:
Programmiere Mike
so, dass er bei
einem Hindernis an
seinem linken
ühler (Taster E6)
zuerst 4 Schritte
zurück und dann
2 Schritte nach
rechts ausweicht.
Befindet sich ein
Hindernis an
seinem rechten
ühler (Taster E5)
soll er 4 Schritte
zurück und dann
3 Schritte nach
links ausweichen.
Lösung:
Mike läuft zunächst immer geradeaus. Nach jedem Schritt werden die Taster
E5 und E6 abgefragt. Ist E6 gedrückt, verzweigt das Programm in den linken
Ablauf (erst zurück, dann rechts). Ist E5 gedrückt, geht es in den mittleren
Ablauf (erst zurück, dann links).
Da die Taster E5 und E6 nur nach jedem vollen Schritt abgefragt werden,
dauert es relativ lange, bis Mike auf ein Hindernis reagiert.
Au gabe 5b:
Optimiere das Unterpro-
gramm GERADEAUS so,
dass Mike schneller auf
ein Hindernis reagieren
kann.
Tipp:
Verwende zum Abfragen
der Taster E1 und E2
nicht den Baustein
LANKE sondern den
Baustein VERGLEICH.
rage damit zusätzlich
ab, ob E5 oder E6
gedrückt ist.
Lösung:
Bionic.QXD 16.11.2001 15:09 Uhr Seite 5

6
DNun sollte Mike perfekt funktionieren. Dieses Progamm befindet sich eben-
falls auf der CD unter MIKE_HINDERNIS.MDL. Das verbesserte Unterpro-
gramm kannst auch in das Projekt MIKE_VORLAGE.MDL einarbeiten. Werden
in einem anderen Programm E5 und E6 nicht abgefragt, stört das überhaupt
nicht. Diese verbesserte Vorlage haben wir unter MIKE_VORLAGE_HINDER-
NIS.MDL abgespeichert.
Nachdem wir nun den ersten Sechsbeiner ausführlich behandelt haben,
wenden wir uns dem zweiten Modell zu, das ebenfalls 6 Beine besitzt.
Wir nennen es „Jack“.
3.3 Modell Jack
Jack gehört ebenfalls zur Gattung der sechsbeinigen fischertechnik-Modelle.
Allerdings unterscheidet er sich in der Konstruktion seiner Beine erheblich
von Mike.
Baue nun das Modell wie in der Bauanleitung ab S. 12 beschrieben.
Übrigens, die Baustufen 1-13 sind bei Mike und Jack identisch. Du brauchst
also Mike nicht völlig zu zerlegen, bevor du anfängst Jack zu bauen.
3.3.1 Die Konstruktion
Bei der Beinkonstruktion von Jack handelt es sich ebenfalls um ein soge-
nanntes Viergelenkgetriebe. Die hier verwendete Bauform nennt man
„schwingende Kurbelschleife“. Die Schubstange ist in einer beweglichen
Längsführung gelagert, die hin und her schwingt, wenn sich die Kurbel dreht.
Die Kurve, die der ußpunkt des Beins beschreibt, ist nicht so ellipsenförmig
wie beim Modell Mike, sondern mehr ein Kreis.
Dadurch hebt und senkt sich Jacks Körper während
des Laufens stärker als der von Mike. Die Schritte
sind kürzer. Dafür kann Jack kleine Hindernisse über-
winden, wozu Mike nicht in der Lage ist. Außerdem
erinnert diese Getriebebauform eher an ein Bein als
dies bei Mike der all ist. Wenn Jack läuft, sieht es
aus, als ginge er auf Stelzen.
Er bewegt sich ebenfalls im Dreifußgang der Insekten.
Auch bei diesem Modell ist es wichtig, die Kurbeln
genau wie in der Bauanleitung beschrieben zu jus-
tieren und die Zangen- und Nabenmuttern gut fest
zu drehen.
3.3.2 Die Programmierung
Es liegt nahe zu denken, dass man für Jack die Programme verwenden
könnte, mit denen auch Mike funktioniert. Versuche es!
Au gabe 1:
Betreibe Jack mit dem Programm MIKE_HINDERNIS.MDL.
Was kannst du beobachten?
Beobachtung:
Vorwärts und rückwärts läuft das Modell einwandfrei. Beim
Drehen nach links und rechts jedoch kippt es nach vorne.
Au gabe 2:
Wie erklärst du dir das?
Lösung:
Die beiden Modelle besitzen unterschiedliche Beinkonstruktionen.
Auch die Taster E1-E4 werden an einer anderen Position des Beins
betätigt. Die Art und Weise wie Mike sich dreht, muss demnach
für Jack noch lange nicht funktionieren – Pech gehabt.
Selbstverständlich gefällt uns das gar nicht und wir wollen so schnell wie
möglich eine Lösung finden.
Au gabe 3:
Versuche Jack so zu programmieren, dass er wie Mike Hindernisse
erkennt, aber beim Drehen nicht nach vorne kippt.
Tipps:
Speichere das Projekt MIKE_HINDERNIS.MDL unter dem Namen
JACK_HINDERNIS.MDL und nimm dort die notwendigen Änderungen
vor.
Wenn Jack sich dreht, können immer beide Motoren gleichzeitig
laufen. Das abwechselnde Ein- und Ausschalten entfällt. Entschei-
dend ist, dass sich die Beine zu Beginn des Drehens, also nach dem
Rückwärtslaufen, in der richtigen Ausgangsposition befinden.
Linksdrehung:
Soll sich das Modell nach links drehen, muss zu Beginn der Drehung
die Kurbel des vorderen linken Beines nach hinten und die des
vorderen rechten Beines nach vorne zeigen. Dies ist der all, wenn
beim Rückwärtslaufen auf der linken Seite der Taster E2 und auf der
rechten Seite der Taster E1 betätigt und wieder los gelassen wurde.
Rechtsdrehung:
Soll sich das Modell nach rechts drehen, muss zu Beginn der
Drehung die Kurbel des vorderen linken Beines nach vorne, die des
vorderen rechten Beines nach hinten zeigen. Dies ist der all, sobald
beim Rückwärtslaufen auf der linken Seite der Taster E4 und auf der
rechten Seite der Taster E3 betätigt und wieder los gelassen wurde.
Bionic.QXD 16.11.2001 15:09 Uhr Seite 6

7
D
Ziemlich kompliziert, nicht wahr? Aber keine Sorge, wir haben es gleich:
ür die Rückwärtsbewegung müssen zwei unterschiedliche Unterprogramme
benutzt werden.
Soll sich das Modell nach links drehen, synchronisierst du die Schritte beim
Rückwärtslaufen mit den Tastern E1 und E2. Dies entspricht dem Unterpro-
gramm ZURUECK aus dem Projekt MIKE_HINDERNIS.MDL.
Soll sich das Modell nach rechts drehen, werden die Schritte rückwärts mit
E3 und E4 synchronisiert.
Du benennst also das Unterprogramm ZURUECK mit dem Befehl UNTER-
PROGRAMM – UMBENENNEN in ZURUECK_L um. Danach kopierst du es mit
UNTERPROGRAMM – KOPIEREN in ein zweites Unterprogramm ZURUECK_R.
Dort änderst du die Tasterbezeichnungen für die Synchronisierung auf E3 und
E4 um. Vergiss auch nicht, für ZURUECK_R eine neue Variable VAR6 für die
Synronisierung zu benutzen, sonst ist das Chaos perfekt. ZURUECK_R sieht
dann wie folgt aus:
Jetzt müssen noch die Unterprogramme für die Drehung selbst geändert wer-
den, so dass sich die beiden Motoren immer gleichzeitig drehen. Das Unter-
programm LINKS besteht aus folgenden Bausteinen:
Du siehst, gegenüber dem Unterprogram im Projekt MIKE_HINDERNIS.MDL
können einige Bausteine entfallen.
Das Unterprogramm für die rechte Drehrichtung sieht ähnlich aus, nur mit
anderen Motordrehrichtungen. Außerdem werden die Taster E1 und E2 zur
Synchronisierung der beiden Motoren verwendet:
Zuletzt ersetzt du im Hauptprogramm in der Verzweigung für das Aus-
weichen nach rechts das Unterprogramm ZURUECK_L durch ZURUECK_R:
Der Rest des Hauptprogramms bleibt unverändert.
Geschafft! Wenn du nirgends einen ehler gemacht hast, müsste Jack jetzt
laufen ohne beim Drehen zu kippen. alls irgendetwas nicht funktioniert und
du absolut nicht weißt warum, mach dir nichts draus, das war auch wirklich
eine harte Nuss. Du hast auf jeden all die Möglichkeit, das fertige Projekt
JACK_HINDERNIS.MDL einfach von der CD aufzurufen und das Modell damit
zu betreiben.
alls du es selbst geschafft hast das Problem zu lösen, kannst du stolz sein,
denn dann gehörst du ab jetzt zu den Profis unter den Programmierern.
Bionic.QXD 16.11.2001 15:09 Uhr Seite 7

4. Lau en au 4 Beinen
4.1 Gangarten der Säugetiere
Um einen Laufroboter mit 4 Beinen zu konstruieren, nehmen wir wieder
die Natur zum Vorbild und schauen uns an, in welchen Gangarten sich
Säugetiere fort bewegen.
Die langsamste und sicherste Gangart ist der sogenannte Schritt. Ein Bein
sucht einen neuen Standort, während sich der Körper des Tieres auf drei
Beine stützt. Die Tiere bewegen sich im Kreuzgang mit der Schrittfolge:
rechtes Vorderbein, linkes Hinterbein, linkes Vorderbein, rechtes Hinterbein
vorwärts.
Die schwarzen lächen stellen die Beine dar, die auf dem Boden stehen, die
weißen lächen das abgehobene Bein.
Wollen wir diese Gangart für einen Laufroboter verwenden, müssen wir
folgendes bedenken:
Stell dir vor, du sägst an einem Tisch mit 4 Beinen ein Bein ab. Was pas-
siert? Richtig, der Tisch kippt um. Die drei Beine bilden also kein stabiles
Dreibein mehr, wie das bei den Sechsbeinern der all war. Das erschwert
die Konstruktion eines vierbeinigen Roboters.
Je schneller sich die Säugetiere fort bewegen, desto instabiler wird ihre
Gangart. Sehen wir uns noch kurz die Gangart „Trab“ an. Im Trab werden
die Beine in der Diagonalen synchron abgehoben. Bevor sie aber den
Boden berühren springen die beiden anderen Beine bereits ab. Dies bedeutet,
dass zeitweise der Bodenkontakt ganz verloren geht.
Du kannst dir sicher vorstellen, dass eine Gangart, bei der der Bodenkontakt
zeitweise verloren geht, für ein fischertechnik-Modell, auf dem sich das
Interface und der Akkupack befinden sollen, nicht unbedingt geeignet ist.
Versuchen wir es also mit der Gangart „Schritt“.
4.2 Modell Joe
4.2.1 Die Konstruktion
Baue das Modell so zusammen, wie es in der Bauanleitung ab S. 20
beschrieben ist.
Die Konstruktion der Beine ist gleich wie bei Mike. Die Stellung der Kurbeln,
die die Beine antreiben, muss bei Joe völlig anders sein. Die Kurbeln sind
zueinander um jeweils 90° versetzt. Du musst sie genau so justieren, wie
in der Bauanleitung angegeben. Die Synchronisierung der linken und rechten
Seite erfolgt wieder über die beiden Taster E1 und E2. Damit erhalten wir
die benötigte Schrittfolge.
Damit uns das Modell nicht umkippt, sobald ein Bein angehoben wird, muss
der Schwerpunkt des Modells so liegen, dass das Modell im richtigen Augen-
blick kippt und von dem jeweils gerade entlasteten Bein aufgefangen wird.
4.2.2 Die Programmierung
Bei diesem Modell wollen wir uns mit dem Geradeauslauf begnügen.
Au gabe 1:
Programmiere Joe so, dass er sich in der Gangart „Schritt“ vorwärts
bewegt.
Tipps:
Verwende für jeden Motor einen getrennten Ablauf und synchro-
nisiere die beiden Seiten mit den Tastern E1 und E2.
Benutze E8 als Reset-Taster.
Lösung:
8
D
Bionic.QXD 16.11.2001 15:09 Uhr Seite 8

Bei diesem Programm benutzen wir die 0-1 lanke der Taster für die Syn-
chronisierung. In dem Moment, wenn die Taster gedrückt sind, haben die
Kurbeln aller 4 Beine die richtige Stellung zueinander. Das Projekt nennen
wir JOE.MDL.
Du siehst, dass sich Joe weitaus schwerfälliger bewegt als Mike und Jack.
Durch die notwendige Gewichtsverlagerung schwankt der Körper ziemlich
stark und der Laufstil ist bei weitem nicht so elegant wie bei den Sechs-
beinern.
alls du noch Lust hast, diesem Modell das Kurvenlaufen beizubringen,
versuche einfach, ob du es schaffst. Viel Glück dabei.
5. Lau en au zwei Beinen
5.1 Zweibeinige Läu er
Das Laufen auf zwei Beinen ist nicht in der Gattung der Säugetiere ent-
standen, sondern wird auch von einigen Reptilienarten praktiziert. Warane,
Leguane, Agamen und Rennechsen benutzen auf der lucht nur ihre Hinter-
beine. So erreichen sie sehr große Schrittweiten und werden dadurch un-
heimlich schnell. Sie benötigen dazu kräftige Hinterbeine, einen langen
Balancierschwanz und ebenes Gelände.
Vögel gehören ebenfalls zu den Zweibeinern. Zu den schnellsten Laufvögeln
gehört der Strauß. Er erzielt Dauergeschwindigkeiten von bis zu 60 km/h.
Den perfektesten Zweibeiner stellt der Mensch dar. Der völlig aufrechte Gang
verlangt die Streckung des Hüftgelenks. Diese wird durch den großen Gesäß-
muskel gewährleistet. Außerdem können die Beine im Kniegelenk „einge-
rastet“ werden und so in einer energiearmen Haltung fixiert werden.
Die ortbewegung auf zwei Beinen stellt die schwierigste aller Gangarten
dar, denn sie erfordert neben den beschriebenen anatomischen Voraussetzun-
gen einen ausgeprägten Gleichgeweichtssinn. Uns Menschen erscheint das
Gehen auf zwei Beinen selbstverständlich und einfach. Doch wenn wir uns
vor Augen führen, dass beim Abheben eines Beines der ganze Körper nur
auf einem Bein ruht und so ausbalanciert werden muss, erkennen wir, dass
gerade das Halten des Gleichgewichts diese ortbewegungsart so kompliziert
gestaltet. Selbst ein neugeborener Mensch ist nicht sofort in der Lage auf
zwei Beinen zu gehen. Er krabbelt zuerst „auf allen Vieren“, bevor er sich
aufrichtet und „Laufen lernt“.
An der Waseda-Universität in Tokio wurden bereits zweibeinige Roboter
entwickelt, die sich mit Hilfe zahlreicher Gelenke, verschiedenster Sensoren,
Kameras und leistungsfähiger Mikroprozessoren bewegen und durch
Gewichtsverlagerung das Gleichgewicht halten.
ür unseren Baukasten Bionic Robots jedoch wäre das zu aufwendig und zu
kompliziert. Wir haben gesehen, dass wir bereits beim Laufen auf vier
Beinen mit einem fischertechnik-Modell langsam an unsere Grenzen stoßen.
5.2 Modell Jim
Damit wir dieses Kapitel aber nicht nur theoretisch betrachten, haben wir
uns zum Schluss noch erlaubt, wenigstens einen zweibeinigen Skifahrer, wir
nennen ihn Jim, zu konstruieren. Er hat zwar wenig mit einem zweibeinigen
Läufer zu tun, ist aber unheimlich nett und gibt sein
Bestes, um irgendwie vorwärts zu kommen. Du solltest
dir diesen Spaß nicht entgehen lassen. Das Modell findest
du in der Bauanleitung auf S. 27.
Als Programm kannst du einfach das Projekt
JOE.MDL verwenden. Du musst nicht einmal
was daran verändern. Jim funktioniert eben-
falls damit und stochert langsam nach vorne.
Eine Aufgabe wollen wir dir nun aber doch
noch stellen:
Au gabe 1:
Programmiere Jim so, dass er
ca. 50 cm vorwärts läuft, sich
dann nach rechts um 180° dreht, die
gleiche Strecke zurück läuft (vorwärts), sich dann
180° nach links dreht, wieder die gleiche Strecke läuft
usw. Verwende für die Anzahl der Schritte geradeaus den Terminal-
parameter EA, für die Anzahl der Schritte links EB und für rechts EC.
Verwende wieder E8 als Reset-Taster.
Tipps:
Speichere das Projekt JOE.MDL unter JIM.MDL ab. Mache darin aus
dem Hauptprogramm ein Unterprogramm „Geradeaus“ (Bausteine
markieren und ausschneiden, über BEARBEITEN – UNTERPROGRAMM
neues Unterprogramm erstellen, Bausteine einfügen, SUBIN und
SUBOUT ergänzen, siehe auch LLWin-Handbuch).
Erstelle aus diesem Unterprogramm mit dem Befehl UNTERPRO-
GRAMM – KOPIEREN die benötigten Unterprogramme LINKS und
RECHTS. Ändere darin die Motordrehrichtung und Abfrage der
Motordrehrichtungen entsprechend ab und verwende für jedes
Unterprogramm eine andere Steuervariable für Motor M2.
Danach programmierst du das Hauptprogramm ähnlich wie bei
MIKE_TANZ.MDL. Nur dass du für die Anzahl der Schritte die
einstellbaren Terminalparameter EA-EC verwendest. Wie viele
Schritte Jim benötigt um sich um 180° zu drehen bzw. einen
halben Meter vorwärts zu kommen, musst du ausprobieren.
Lösung:
Nachfolgend bilden wir das Hauptprogramm ab. Die Unterprogramme
kannst du dir falls nötig wieder direkt am Bildschirm ansehen. Auch
bei uns heißt das Projekt JIM.MDL.
9
D
Bionic.QXD 16.11.2001 15:09 Uhr Seite 9

Wir haben in dem Projekt gleich noch das Unterprogramm ZURUECK ergänzt,
auch wenn es hier direkt nicht benötigt wird. Aber bestimmt willst du, dass
Jim noch andere Wege geht. Vielleicht muss er sich dabei ja auch einmal
rückwärts bewegen.
6. Zusammen assung
Auf deiner Reise durch die Welt der Bionic Robots von fischertechnik hast
du sicher festgestellt, dass es nicht immer ganz leicht war, die vier Jungs
zum Laufen zu bringen. Es ist eben schon schwieriger, sich auf Beinen fort
zu bewegen, als einfach auf Rädern zu rollen. Besonders das Programmieren
der Synchronisierung zwischen der linken und rechten Seite beim Drehen
nach links oder rechts erfordert etwas Konzentration. Aber für diejenigen,
die sowieso mehr Spaß am Bauen der Modelle finden, haben wir ja alle
Programme fix und fertig auf die CD gebrannt, so dass jeder die Modelle
bauen und betreiben kann.
alls du zu den Profi-Programmierern gehörst, hast du sicherlich noch viele
Ideen, welche Aufgaben man für Mike, Jack, Joe oder Jim noch program-
mieren kann, sei es mit zusätzlichen Sensoren, damit sie nicht vom Tisch
fallen, oder dass sie sich in einem Labyrinth zurecht finden.
Mit zusätzlichen Bauteilen kannst du sie auch noch mit einem Kopf, Rüssel,
oder Schwanz ausstatten. Deiner Phantasie sind dabei keine Grenzen
gesetzt. Lass dir was einfallen!
10
D
Bionic.QXD 16.11.2001 15:09 Uhr Seite 10

11
D
Bionic.QXD 16.11.2001 15:09 Uhr Seite 11

12
GB+USA
1. Bionic – Nature as a Model
The term bionic is composed of the two terms biology and technique.
This branch of science always tries to base its technical solutions on nature.
Man has invented machines time and time again with the objective of
moving farther, faster and more efficiently than possible naturally. This has
been achieved in different ways corresponding to the respective require-
ments. ehicles roll on wheels. In difficult terrains, which vehicles with
wheels cannot handle, tracked vehicles or Caterpillars are used. Ships float
on water or can operate underwater. In a few types of movement, nature
serves as the model. For example, an airplane resembles a flying bird.
Over the past few years, scientists have been looking into another very
widespread movement form: walking or running. Robots have been develo-
ped, which can move on legs. Such walking machines can be used in all
places where wheel and tracked vehicles would hardly have a chance, for
example, in very uneven or soft terrains, for climbing over obstacles, going
up stairs, crossing ditches or for use in difficult to access and dangerous
spots in nuclear power plants, mines or for rescue operations.
The first serious experiments in developing walking machines were conducted
at a university in Tokyo in 1967. For the first time, work was oriented to
the human way of walking instead of that of insects. The continual further
development of these experiments results in the first two-legged walking
machine in 1985. Today, these robots have more then 50 degrees of
flexibility and numerous microprocessors. For example, they can read notes
and play the organ with the help of a camera. You can even have a
discussion with them.
An example of a
six-legged walking
robot is the electro-
pneumatic walking
robot Achilles,
developed at the
Royal Military
Academy in Brussels.
Equipped with a
camera at the top
and on its six legs,
this robot reacts
to raised or recessed
obstacles (objects
or holes).
Now fischertechnik
has also devoted its
attention to this
exciting topic and has
constructed robots,
which are wakened
to life with the
Intelligent Interface
and the LLWin software.
2. Requirements and Startup
You need the following articles in addition to the construction kit, so that
you can build the models of the computing kit “Bionic Robots.”
Intelligent Interface, Art. no. 3 4 2
LLWin software (from Version 3. ), Art. no. 3 4 7
Power supply unit, Art. no. 34969
If you are not familiar with the LLWin software and the interface, you
should first read through the LLWin software manual. It describes how you
install the software and connect the interface. It is also very well suited for
getting acquainted with how you can control fischertechnik models via a PC.
Using a few components from the construction kit (motor and pushbuttons),
you can first construct very simple model controls.
As soon as you are familiar with the software and the interface, you can
then tackle the more challenging Bionic Robot models.
A CD-ROM is included in the construction kit, which contains LLWin example
programs for the kit models. You need the LLWin software starting from
ersion 3.0 to open the programs. You can either leave the example pro-
grams on the CD and call them from LLWin with the command File - Open,
or copy the complete BIONIC_ROBOTS folder from the CD in the project
directory of LLWin onto your hard disk and open the examples from there.
Before you construct
the models, you
need to assemble
a few parts, e.g.,
cables and plugs.
The construction
instructions explain
exactly what you
have to do.
Now we're ready to
start. You can
now delve into the
fascinating world of
walking fischertechnik
robots. As soon as
you have constructed
the first model and it
starts to move in an
almost eerie way, you
will be thrilled by this
technique, which has
already been used in
nature for moving for
millions of years.
Bionic. engl.QXD 16.11.2001 10:35 Uhr Seite 12

3. Walking on Six Legs
3.1 The Way Insects Walk
The way insects walk is excellently suited as a model for the drive of
mechanical six-legged robots. In what is called a three-foot gait, three of
the six legs are always raised at the same time from the ground: the front
and back leg of one side together with the middle leg of the other side.
The legs, which remain on the ground (displayed in black), form a stable
three-legged construct, so that the model always remains stable upright
and does not fall over during walking.
3.2 Model Mike
3.2.1 Assembly of the Model
Build the six-legged robot Mike now (see the assembly instructions on page
4). Load the power unit while you assemble it, so that you have sufficient
energy to drive the model later.
The legs of the module are designed in such a way that a four-bar mecha-
nism is produced. The construction type of the four-bar mechanism is called
a crank and rocker mechanism. Driven by a crank, the movable elements of
the gears sway back and forth. The distances between the individual joints
and the position of the base (the
lower end of the leg) are selected
so that the base moves elliptically
when the drive crank rotates.
This creates movement, which is
similar to a step when walking.
The six cranks, which drive the
legs, must be aligned precisely
as shown in the assembly
instructions. The three legs, which
touch the ground at the same
time, have the same crank set-
ting. The cranks of the three legs,
which are in the air at this time, are rotated by 180° for this. The correct
setting of the cranks in relation to each other ensures that the model can
walk in the correct step sequence, the three-foot gait.
The binding pieces and nuts, with which you attach the screws and toothed
gears to the axles must be tight, so that they do not shift during the
walking.
The right and left sides of the model are each driven by a motor (this is
required for walking around curves). You must make certain for this that
the middle leg on the one side is always in the same position as the front
and back legs on the other side. This is synchronized by the software via
the pushbuttons E1 and E2.
Use the interface diagnosis to test whether all pushbuttons and motors are
connected correctly. Rotation direction of the motors: counter-clockwise
rotation = forward.
3.2.2 The First Program
Now we are going to start to teach Mike something. The model should
first walk straight. We will deal with walking around curves and reacting
to obstacles later.
Task 1:
Program the model, so that it walks straight with a three-foot gait.
Use the pushbuttons E1 and E2 for synchronizing the left and right
legs. Make certain that the front and back legs on one side and
the middle leg on the other side always have the same position.
Also use pushbutton E8 as reset button.
Tips:
Program a separate control process for each motor. Control the
process for motor M2 using a variable AR2.
If you do not
need the
interface during
programming,
interrupt the
power supply
between the
power unit and
the interface to
save energy.
Solution:
The program for
walking straight
looks like this:
13
GB+USA
Bionic. engl.QXD 16.11.2001 10:35 Uhr Seite 13

14
GB+USA
The variable AR2 provides the impulse for starting motor M2. The motor
M1 is started. As soon as pushbutton E1 is activated, M1 stops. As soon
as E2 is activated, M2 stops. The first process waits until M2 has stopped
(the status of motor M2 is queried via E32; also refer to the Querying the
Motor Status in the LLWin manual).
By the way, if you do not feel like creating this process yourself, you can
find it as example project MIKE_STRAIGHT.MDL on the enclosed CD.
Start the project. If you have programmed everything correctly, the model
comes to life and walks straight ahead. Congratulations! The first step
has been taken.
3.2.3 Turning Left
Of course, we are not satisfied that Mike can only walk straight ahead.
As the next step, we want him to turn around.
Task 2:
Program Mike, so that he turns to the left (counter-clockwise).
Tips:
The model turns to the left if M1 turns to the left and M2 to the
right. Of course, you can also drive the model unsynchronized.
It also turns then, but then there are spots where the model can
fall over forward. This can be avoided with the following process:
Using the pushbuttons E1-E4, the left and right sides of the model first
move together one step, then the left side takes a step, then the right,
etc. In this way, the model never falls over forward. Try it! Then it will
be easier for you to understand this sequence.
You can also find this process as project MIKE_LEFT.MDL on the CD.
Now the model can walk straight ahead and turn left. Only walking
backward and turning to the right are missing. In principle, walking
backward functions the same as walking forward, only with reversed
motor rotation. Turning to the right (clockwise) functions opposite to
turning left in principle.
3.2.4 Left, Right, Forward, Backward
Task 3:
Now program each of the functions STRAIGHT, BACK, LEFT and
RIGHT as subprograms, so that you can use them flexibly in
various projects later.
Tips:
The procedure for copying an existing process into a subprogram
is described in the LLWin manual.
Use a different variable ( AR2- AR5) in each subprogram to start
the process for motor M2.
To ensure that the model
does not fall over during
the turn to the right, it
must first move one step
forward with the right side
and the one step forward
with the left side. Then
both sides can take a step
together, etc..
The subprogram for this is
structured as follows:
Bionic. engl.QXD 16.11.2001 10:35 Uhr Seite 14

15
GB+USA
We have not printed the other subprograms here. If you have difficulty
programming a process, you can find the finished subprograms in the
MIKE_TEMPLATE.MDL file on the CD. The main program of this project
is blank. You can find a list with existing subprograms, which you can
insert in the main program, in the function block under the Subprograms
heading.
But don't look right away
there to see how it works.
First try to figure out the
solution yourself. If you
do not succeed, you can
always look up the solution.
To try out all subprograms,
we now want to get Mike
to dance.
Task 4:
Program Mike, so that he takes five steps forward, turns two
steps to the left, then two steps to the right and then three steps
back before starting all over again. Use the variable ar1 as count
variable for the number of steps. Use E8 as reset pushbutton.
Solution:
This project is called MIKE_DANCE.MDL.
3.2.5 Detecting Obstacles
As a last step, we want to get Mike to detect obstacles with his movable
fender (“sensor” would be a better term) and avoid them.
Task 5a:
Program Mike to
that when he
detects an obstacle
at his left sensor
(pushbutton E6),
he first takes four
steps back and
then two steps to
the right. If there
is an obstacle at
his right sensor
(pushbutton E5),
he should take
four steps back
and then three
steps to the left.
Solution:
Mike first walks straight ahead. After each step, the pushbuttons E5 and
E6 are queried. If E6 is pressed, the program branches to the left process
(first back, then right). If E5 is pressed, the program branches to the middle
process (first back, then left).
Because the pushbuttons E5 and E6 are only queried after each full step,
it takes a relatively long time until Mike reacts to an obstacle.
Task 5b:
Optimize the STRAIGHT
subprogram, so that
Mike can react more
quickly to an obstacle.
Tip:
Do not use the EDGE
function block but
instead the COMPARE
function block for
querying the pushbut-
tons E1 and E2.
Also query whether E5
or E6 is pressed.
Solution:
Bionic. engl.QXD 16.11.2001 10:35 Uhr Seite 15

16
GB+USA
Now Mike should function perfectly. This program is also on the CD under
MIKE_OBSTACLE.MDL. You can also integrate the improved subprogram in
the MIKE_TEMPLATE.MDL project. If E5 and E6 are not queried in another
program, that does not matter at all. We have stored the improved template
under MIKE_TEMPLATE_OBSTACLE.MDL.
Now that we have dealt with the first six-legged robot in detail, let's turn
to the second model, which also has six legs. We call it Jack.
3.3 Model Jack
Jack is also one of the six-legged fischertechnik models. However, the
design of his legs differs considerably from those of Mike's.
Now build the model as described in the assembly instructions starting on
page 12. By the way, the assembly steps 1-13 are the same for Mike and
Jack. Consequently, you need not disassemble Mike completely before you
start to build Jack.
3.3.1 The Design
The leg design of Jack also involves a four-bar mechanism. The construction
type used here is called an inverted slider crank. The connecting shaft
is ositioned in a movable longitudinal guide, which swings back and forth
when the crank rotates. The curve, which the base of the leg moves along,
does not have such an ellipse shape as the model
Mike does, but is more of a circle.
As a result, Jack's body goes up and down more
during walking than that of Mike. The steps are
shorter. But Jack can overcome small obstacles,
which Mick cannot. This gear design also reminds
us more of a leg than is the case with that
of Mike's. When Jack walks, it looks like he is
walking on stilts.
He also moves in the three-foot gait of insects.
It is also important for this model to align the
cranks precisely as in the assembly instructions, and
to tighten the binding pieces and nuts well.
3.3.2 The Programming
It is logical that you can use programs for Jack with which Mike functioned
too. Try it!
Task 1:
Operate Jack using the MIKE_OBSTACLE.MDL program. What can
you observe?
Observation:
The model walks forward and backward without any problems.
But it falls over forward when it turns to the left or right.
Task 2:
How can you explain this?
Solution:
The two models have different leg designs. The pushbuttons E1-E4
are also activated at a different position on the leg. Consequently,
the way in which Mike turns need in no way function for Jack –
bad luck.
Of course, we don't like this at all and want to find a solution as quickly
as possible.
Task 3:
Try to program Jack, so that he detects obstacles as Mike does,
but does not fall over forward when he turns.
Tips:
Save the MIKE_OBSTACLE.MDL project under the name
JACK_OBSTACLE.MDL and make the necessary changes there.
When Jack turns, both motors can also run simultaneously. The
alternating switching on and off is eliminated. The legs must be
in the correct starting position at the beginning of turning, i.e.,
after walking backward.
Left turn (counter-clockwise):
If the model should turn to the left, the crank of the front left leg
must point backward at the beginning of the turn, and that of the
front right leg must point forward. This is the case when the
pushbutton E2 on the left side and the pushbutton E1 on the right
side are pressed during walking backward and then released again.
Right turn (clockwise):
If the model should turn to the right, the crank of the front left leg
must point forward at the beginning of the turn, and that of the
front right leg must point backward. This is the case when the
pushbutton E4 on the left side and the pushbutton E3 on the right
side are pressed during walking backward and then released again.
Bionic. engl.QXD 16.11.2001 10:35 Uhr Seite 16

17
GB+USA
Rather complicated, isn't it? But don't worry; we'll have it solved soon.
Two different subprograms must be used for the backward movement.
If the model should turn left, you synchronize the steps during walking
back with the pushbuttons E1 and E2. This corresponds to the BACK
subprogram from the MIKE_OBSTACLE.MDL project.
If the model should turn right, you synchronize the steps during walking
back with the pushbuttons E3 and E4.
Rename the subprogram BACK, and rename it to BACK_L using the com-
mand SUBPROGRAM - RENAME. Then copy it using SUBPROGRAM - COPY
into a second subprogram BACK_R. Change the pushbuttons for the
synchronization there to E3 and E4. Don't forget to use a new variable AR6
for BACK_R for the synchronization; otherwise, you will have perfect chaos.
BACK_R then looks like this:
Now you need to change the subprograms for the turning itself, so that the
two motors always run simultaneously. The LEFT subprogram is composed of
the following blocks:
You can see that a few blocks can be eliminated compared to the
subprogram in the MIKE_OBSTACLE.MDL project.
The subprogram for the turn to the right looks similar, only with different
motor rotation directions. The pushbuttons E1 and E2 are also used for
synchronizing the two motors.
First replace the subprogram BACK_L with BACK_R for turning to the right
in the branch in the main program.
The rest of the main program remains unchanged.
You did it! If you didn't make any mistakes, Jack should now walk without
falling over when he turns. If something does not function and you have no
idea why, don't worry about it because it really was a hard nut to crack.
At any rate, you can simply call the finished JACK_OBSTACLE.MDL project
from the CD and run the model with it.
If you figured out how to solve the problem yourself, you have reason to
be proud, because now you are a pro among programmers.
Bionic. engl.QXD 16.11.2001 10:35 Uhr Seite 17

4. Walking on Four Legs
4.1 The Way Mammals Walk
To design a walking robot with four legs, let's use nature as a model again
and take a look at how mammals move.
The slowest and most reliable gait is a step. One leg looks for a new place
to position itself, while the body of the animal is support on three legs. The
animals move by taking steps on opposite sides in the following sequence:
rechtes orderbein, linkes Hinterbein, linkes orderbein, rechtes Hinterbein
vorwärts. The black boxes represent the legs, which are on the ground, and
the white boxes represent the lifted leg.
If we want to use this gait for a walking robot, we need to consider the
following:
Imagine that you saw off one leg from a table with four legs. What
happens? Right, the table falls over. Consequently, the three legs no
longer form a stable tripod, as was the case with the six-legged models.
This complicates the design of a four-legged robot.
The faster mammals move, the more instable their gait becomes. Let's
take a brief look at the gait trotting. The legs are lifted synchronously
in a diagonal direction during trotting. But before they touch the ground,
the two other legs are already lifted. This means that there is no contact
at all to the ground at times.
You can certainly imagine that a gait in which there is no contract to the
ground at times is not necessarily suited to a fischertechnik model, in which
the interface and power unit should be contained.
Consequently, let's try it using the gait “step.”
4.2 Model Joe
4.2.1 The Design
Now build the model as described in the assembly instructions starting on
page 20.
The design of the legs is the same as for Mike. But the position of the
cranks, which drive the legs, must be completely different for Joe. The
cranks are offset from one another by 90°. You must align it exactly as
described in the assembly instructions. The left and right sides are again
synchronized via the two pushbuttons E1 and E2. Then we get the required
step sequence.
To make sure that the model does not fall over as soon as a leg is lifted,
the center of gravity of the model must be set so that the model tips at
the correct moment and is supported by the leg taking the load just then.
4.2.2 The Programming
We will only program walking straight ahead for this model.
Task 1:
Program Joe, so that he moves forward in the gait step.
Tips:
Use a separate process for each motor, and synchronize the two
sides using the pushbuttons E1 and E2.
Use E8 as reset pushbutton.
Solution:
18
GB+USA
Bionic. engl.QXD 16.11.2001 10:35 Uhr Seite 18