9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás

Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások

Bevezetés

1. Tudomány

A négy lábon járás elemzése során értse meg, milyen sorrendben mozognak a végtagok járás és futás közben.

2. Matematika

Értse meg az átló fogalmát.

3. Technológia

Értse meg a szervomotorok pozitív és negatív szögeinek a végtagokra gyakorolt hatását, és tudja azokat helyesen rögzíteni.

4. Mérnöki ismeretek

A négy szervomotor vezérlésének kombinálásával szimulálja a négylábú futást, sétát és átlós járást.

5. Művészet és kreativitás

Nincs.

Milyen részekből áll a dinoszaurusz teste?

A dinoszaurusz teste öt fő részre osztható: fej, nyak, törzs, végtagok és farok. Ez az alkat megfelelő a szárazföldi élethez, ilyen a szárazföldi gerincesek jellemző testfelépítése.

fej

nyak törzs

farok

Előzetes ismeretek

végtagok

Keresd meg a dinoszaurusz összeszereléséhez szükséges építőelemeket, és kezd el a munkát.

fej

nyak törzs

farok

Modellezés (összeszerelés)

végtagok

Nyisd meg a rendelkezésre álló eszközöd UBTECH EDU APP alkalmazását, és válaszd ki a következő menüpontokat: Entry Dinosaurs Build  Build Model. Vizsgáld meg a dinoszaurusz testrészeit. Mely elemek használhatók fejként, nyakként, törzsként, végtagokként és farokként? Hogyan kapcsolódnak ezek az alkatrészek?

1. Fej

A fej kialakításához használj két kék C7-es szervomotor-tartóelemet az alsó és felső állkapocsnak. Ezt a két elemet egy világoskék P69-es díszítő elemmel kösd össze. Egy világoskék P54-es elemmel kösd össze a felső és az alsó P69-et, ami forgatható tengelyként is működik, így a dinoszaurusz a száját tudjuk nyitni és becsukni.

9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás

2. Nyak

3. Törzs

4. Farok

5. Végtagok

Egy sárga C11-es csatlakozót használj a nyakhoz. Az egyik végét kis henger alakú csapok kötik össze a fejjel, a másik végét pedig rögzítsd egyszerűen a vezérlőegység dobozához, nevezetesen a testhez.

A vezérlőegység doboza legyen a dinoszaurusz teste, és ehhez kapcsolódik a nyak, a farok és a végtagok egy-egy sárga csatlakozóelem segítségével.

A dinoszaurusz farka nagyon hajlékony, és hat farkcsontból áll. Mindegyik farkcsont egy P67-es és egy P68-as építőelemből áll. A farkcsontokat egy piros csappal kötjük egymáshoz vagy egy P48-as csatlakozóelemmel. Így mindegyik farkcsont elforgatható.

A dinoszaurusznak négy lába van. A tömzsi szervomotor lesz a comb, a sárga szervomotor-tartóelem pedig a lábszár. A világoskék és rugalmas P97-es elem a talp. Minden lábat külön lehet vezérelni.

Tervezés (szoftverprogramozás)

Végeztess a dinoszaurusszal néhány egyszerű műveletet a „betanító programozás” előnyeinek kihasználásával, és ellenőrizd a négy szervomotor beállási szögeit.

Pihenés Állás

művelet szervomotor száma

Pihenés Állás

ID-01 (bal mellső láb)

90° 0°

ID-02 (bal hátsó láb)

-90° 0°

ID-03 (jobb mellső láb)

-90° 0°

ID-04 (jobb hátsó láb)

90° 0° Gondolkozz: Miért van az, hogy amikor a dinoszaurusz pihen, akkor minden lába ugyanazt a műveletet végzi, a szervomotor szögei mégis eltérőek (pozitív vagy negatív)?

Megfigyelés és következtetés

Használjuk a dinoszaurusz-robotunkat arra, hogy utánozzuk a négylábú állatok futását és járását. A legtöbb emlősállatnak két mellső és két hátsó lába van. Kérdés: Megfigyelted már az emlősök végtagjainak mozgását? Milyen a lábak mozgásának sorrendje járás és futás közben? Melyik lábát mozdítja először és melyiket másodszorra?

Futás

Futó lépések

A négylábú állatok végtagmozgása két szakaszra osztható: „hajlítás” és „feszítés”. Az állat a végtagjait a teste alá húzza, hogy tömeget képezzenek (hajlítás), ez azt jelzi, hogy „ugráshoz” vagy „nyújtáshoz” készül. Minél jobban maga alá húzza a végtagjait, annál nagyobb lesz a nyújtás mértéke, és annál gyorsabban fut az állat.

hajlítás feszítés

Lovak futása

hajlítás feszítés

Tigrisek futása

Négy lábon járás utánzása dinoszaurusz-robottal

Ezután utánozzuk a négylábú állatok futását a dinoszaurusz-robotunkkal. A tervezés során két mozgásfázist valósítunk meg, nevezetesen a „hajlítást” és a „feszítést” .

hajlítás

feszítés

Töltsd ki a táblázatot. A hajlítás” és a „feszítés” során milyen szögértékeket állítunk be a négy szervomotornál?

szervomotor száma

mozgásfázis

1. művelet: hajlítás 2. művelet: feszítés

ID-01 (bal mellső láb)

ID-02 (bal hátsó láb) ID-03 (jobb mellső láb)

ID-04 (jobb hátsó láb)

90

9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás Tipp: Ha a dinoszaurusz-robot nem képes valamilyen oknál fogva a „hajlítás” és a „feszítés” mozdulatokra, akkor próbáld a C6-os elemet hozzáépíteni az egyes lábakhoz, vagy módosítsátok valamilyen más módon a lábat.

A négy lábon járás két lehetséges technikája

A négylábúak nagyjából két különböző módon járnak: azonos oldali lábakkal, vagy átlós lábakkal.

Járás azonos oldali lábakkal

Hogyan történik az azonos oldali járás?

Az azonos oldali járást oldalsó testlépésnek is nevezik. Először is, ugyanazon oldal elülső és hátsó lába mozog. Ezután a másik oldal elülső és hátsó lába mozdul el. Ezzel a járástechnikával mozog a zsiráf és az elefánt is.

①A bal oldali mellső és hátsó láb mozdul előre

②A jobb oldali mellső és hátsó láb mozdul előre

A zsiráf azonos oldali járása

①A bal oldali mellső és hátsó láb mozdul előre ②A jobb oldali mellső és hátsó láb mozdul előre

Az elefánt azonos oldali járása Azonos oldali járás utánzása a dinoszaurusz-robottal

Ez a mozgás két részre bontható: “a bal oldali mellső és hátsó lábak előremozdulása”, és a “jobb oldali mellső és hátsó lábak előremozdulása”.

①A bal oldali mellső és hátsó láb mozdul előre ②A jobb oldali mellső és hátsó láb mozdul előre Töltsd ki a táblázatot. Ebben a két esetben milyen szögértékeket állítunk be a négy szervomotornál?

mozgásfázis szervomotor száma

1. művelet: a bal oldali mellső és hátsó láb mozdul előre 2. művelet: a jobb oldali mellső és hátsó láb mozdul előre

ID-01 (bal mellső láb)

ID-02 (bal hátsó láb) ID-03 (jobb mellső láb)

ID-04 (jobb hátsó láb)

Megfigyelés: Amikor az azonos oldali járásra tanítjuk a dinoszaurusz-robotunkat, akkor az csak körbe-körbe jár. Vajon mi lehet ennek az oka?

Járás átlós lábakkal

Hogyan történik az átlós járás?

A mozgás megkezdésekor, ha a bal mellső láb előre lép (1. lépés), akkor a neki átlósan elhelyezkedő jobb hátsó lába fog lépni (2. lépés). Ezután a jobb mellső láb lép előre (3. lépés), és a hozzá képest átlós bal hátsó láb követi (4. lépés), és így zárul a teljes ciklus. A négy láb elválasztva és kétszeresen összerendezve alkotja a teljes lépést (azt is mondhatjuk, hogy a hátsó láb “rugdossa” a mellső lábat).

Right forefootjobb mellső láb

Right rear foot jobb hátsó láb

Left forefootbal mellső láb Left rear footbal hátsó láb

Az átlós járás vázlata (a szám jelzi az egyes lábak lépéseinek sorrendjét).

92

9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás A legtöbb négylábú emlősállat átlósan jár, például: a ló, a sertés, a macska, a tigris és az oroszlán.

①Lépés a bal mellső lábbal (külön)

④Lépés a bal hátsó lábbal (lép a bal mellső láb felé, összeköt)

②Lépés a jobb hátsó lábbal (lép a jobb mellső láb felé, összeköt)

③ Lépés a jobb mellső lábbal (külön)

A sertés átlós járása

① Lépés a bal mellső lábbal (külön)

① Lépés a jobb hátsó lábbal (lép a jobb mellső láb felé, összeköt)

④Lépés a bal hátsó lábbal (lép a bal mellső láb felé, összeköt) ③ Lépés a jobb mellső lábbal (külön)

A macska átlós járása

9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás

Átlós járás utánzása a dinoszaurusz-robottal

Töltsd ki a táblázatot. Az alábbi négy esetnél mekkorák a szervomotorok szögei?

mozgásfázis szervomotor száma

1. művelet: bal mellső láb előrelép 2. művelet: jobb hátsó láb előrelép 3. művelet: jobb első láb előrelép 4. művelet: bal hátsó láb előrelép

ID-01 (bal mellső láb)

ID-02 (bal hátsó láb) ID-03 (jobb mellső láb)

Próbáld ki. Tud-e a dinoszaurusz robot átlósan járni?

További lehetőség

ID-04 (jobb hátsó láb)

Négylábú sétáló robot — SpotMini

Az amerikai Boston Power csúcstechnikai vállalat 2016 júniusában egy négylábú sétálórobotot hozott nyilvánosságra, a SpotMini-t. Ez a robot ugyanolyan hajlékony, mint egy igazi kutya. Képes behajlítani a végtagjait, képes átmászni a különböző magasságú akadályokon, de képes az asztal alatt is mászni. A végtagok összehangoltak, és tökéletesen jól működnek a lépcsőn le- és felmenetel közben is. Amikor elcsúszik, akkor egy robotkar segítségével fel tudja állítani magát. El tud végezni néhány egyszerű „házimunkát”, például a szemetet pontosan bedobja a kukába.

Megfigyelés: ASpotMini járása átlós vagy azonos oldali járás? Gondolkodj. Miért képes a SpotMini tökéletesen megvalósítani a négy lábon járást, míg a dinoszaurusz-robot nem? Hány szabadságfok van mindegyik lábában?