Konstruktionen mit LEGO TECHNIC

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Emma Biermann
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1 Konstruktionen mit LEGO TECHNIC für den Roboter-Wettbewerb Oktober/November 2002, Fachhochschule Offenburg 1

2 Übersicht LEGO Bauteilefamilien und Rastermaße Rahmen, Gestelle und Fahrgestelle Getriebe einstufig mehrstufig Änderung der Richtung Linearbewegung Konstruktionsmuster Inoffizielles 2

3 Bauteilfamilien LEGO Steine 1er, 2er, 3er, 4er, 6er, 8er,... doppelter Breite 1er, 2er, 3er, 4er, 6er, 8er,... einfacher Breite Verbindung mit DUPLO -Steinen LEGO TECHNIC Steine 1-, 3-, 5-, 7-, 9-, 11-, 13-, 15-Loch-Steine LEGO TECHNIC Zahnräder 8er-, 16er-, 24er-, 40er-Zahnrad LEGO TECHNIC Achsen 2er-, 3er-, 4er-, 5er-, 6er-, 8er-, 10er-, 12er-Achsen... 3

4 Rastermaße für Steine LEGO Rastermaße (Noppen) 1 LU = 8 mm horizontal (LU: LEGO Unit) vertikal: 1,2 LU; Flachsteine: 0,4 LU Lochraster horizontal: 1 LU vertikal: 1,2 LU 1,6 LU 2,0 LU... 4

5 Rahmen stabile horizontale Eckverbindung Verlängerung eines Rahmens oder eines Trägers 5

6 Motorhalterung Motorhalterung (ohne Längsanschlag) leere Motorhalterung 6

7 Vertikale Ecken für Gestelle vertikale Eckverbindung verstrebte vertikale Eckverbindung 7

8 Achslager horizontales 90 -Gleitlager vertikale 90 - Achslager drehend - fest Achslager mit beliebiger Richtung 8

9 Kurze Achslager Lager für Zahnräder schwarze Stifte - reibschlüssige Verbindung 9

10 Getriebedefinition Getriebe sind Systeme zum Wandeln oder Übertragen von Bewegungen und Kräften (Drehmomenten). Sie bestehen wenigstens aus drei Gliedern, eines davon muss als Gestell festgelegt sein. Hinsichtlich Vollständigkeit unterscheidet man zwischen der kinematischen Kette, dem Mechanismus und dem Getriebe. Der Mechanismus entsteht aus der Kette, wenn von dieser ein Glied als Gestell gewählt wird. Das Getriebe entsteht aus dem Mechanismus, wenn dieser an einem oder mehreren Gliedern angetrieben wird. 10

11 Rastermaße für Zahnräder Radien der Zahnräder 8er 0,5 LU 16er 1,0 LU 24er 1,5 LU 40er 2,5 LU Achsabstand ist Summe der Radien eingreifender Zahnräder 11

12 Einstufige Untersetzung beliebiger Abstand 8-16 Zahnräder am Lochbalken 8-24, 8-40, Abstand über Pythagoras (2,56 LU)

13 Einstufige Untersetzung mit Riemen oder Kette Kettenübertragung (16:40) Riemenübertragung (3:11) 13

14 Einstufige Übersetzung Übersetzung 1:5 vermindertes Drehmoment erhöhte Drehzahl 14

15 Hebel und Gewichtsverteilung ausbalancierte Wippe: Untersetzung erhöht das Produkt Kraft x Abstand (Drehmoment) 15

16 Mehrstufiges Getriebe Untersetzung 27:1 16

17 Richtungsänderung der Drehachse um 90 Drehrichtungsänderung gedrehter Riemen Kegelräder Planrad 17

18 Rückwirkung einer Last Hemmung durch Sperrklinke horizontale Antriebsachse Schneckenräder mit 90 Richtungsänderung Selbsthemmung vertikale Antriebsachse 18

19 Differenzial Schlupfvermeidung bei Kurvenfahrt 19

20 Antriebsumschaltung durch Drehrichtungsänderung Einzelachsen Doppelachsen reibungsbedingte Mitnahme 20

21 Differenzial mit Sperrklinken Motorgetriebene Achsumschaltung 21

22 Transformation in eine Linearbewegung Zahnstange Kurbeltrieb (fast)... und Räder 22

23 Kinematische Skulptur für eine Linearbewegung 23

24 Kinematische Skulptur für eine Linearbewegung Quelle: Benjamin Erwin "Creative Projects with Lego Mindstorms" 24

25 Beispiel für ein wiederkehrendes Konstruktionsmuster Stützrad 25

26 Material- und Toleranzprobleme Spiel, z. B. bei Schneckenrädern Reibung (keine Schmierung, Gleitlager) Getriebe von beiden Seiten bewegen Ausrichtung der Achslager Abrieb nach längerem Betrieb Festigkeit Deformation der Noppen (Material) Deformation der Struktur auf Grund von Spiel in den Verbindungen problematische Rastermaße 16er Zahnrad Zahnradbahn Doppelloch-Zweier 26

27 90 -Drehung der Noppenrichtung offizielle Empfehlung inoffizielle Variante mit Deformation der Noppen! 27

28 Zusammenfassung Wie baut man eine stabile horizontale Eckverbindung?... Motoren ein, ohne dass sie den Roboter zerlegen?... Getriebe zur richtigen Anpassung der Motordrehzahl?... Getriebe für Greifer etc.?... Getriebe für die Bewegung in der Wettbewerbsarena? Welche Konstruktionsmuster gibt es und wie gut sind sie? Wie vermeidet man zu hohe Reibungswerte konstruktiv? 28

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