Большинство наборов Universal ориентированы на универсальность, а не на функциональность, и поэтому не так интересны с технической точки зрения, как некоторые более крупные наборы. Control Center 8094, выпущенный в 1990 году, был первым набором, который полностью разрушил эту плесень. Он не только включал новую систему 9-вольтовых двигателей, но и имел два из них. Это был первый набор с несколькими моторами. Вместо стандартного батарейного блока в нем был электронный блок под названием LEGO Technic 8094 Control Center, который программировался и мог питать до 3 моторов по 3 различным каналам. Как будто это недостаточно выделяло набор, каждая модель была совершенно уникальной среди Technic и не была похожа ни на что, что было сделано раньше (или с тех пор). Это один из моих любимых наборов Technic, и он должен быть на вершине списка приобретений любого коллекционера.
Роботизированный плоттер держит перо и приводит в движение два колеса независимо друг от друга, обеспечивая поворот с нулевым радиусом. Перочинный плоттер также держит перо и имеет тарелку для бумаги. Каретка может перемещаться по двум моторизованным осям. Роботизированный манипулятор может поворачиваться, поднимать и опускать руку, открывать и закрывать концевой эффектор. Он выполняет простую задачу: сортирует балки 1×2 в контейнеры. Наконец, мобильный кран оснащен аутригерами, моторизованным поворотом, а также моторизованными стрелой и гуськом. Если кажется, что некоторые из этих моделей имеют более двух моторизованных функций, то это так и есть. В моделях используется оригинальная механическая система, позволяющая отдельным моторам автоматически управлять более чем одной функцией.
Количество способов, которыми этот набор является новым и/или отличительным, велико. Это один из немногих наборов, не имеющих управляемых осей на колесах моделей. Это один из первых двух наборов, включающих двигатель 9V, и первый набор, включающий более одного двигателя любого типа. Это первый набор с системой программирования моделей. Это единственный в истории набор, в который входит специальная фирменная перезаправляемая ручка Technic. Если вам нужна эта ручка, только здесь вы сможете ее приобрести.
Я нахожу роботизированную руку наиболее интересной, хотя у нее не так много функций, как у мобильного крана, поэтому именно эту модель я решил оставить на выставке из этого набора.
Центр управления
Центр управления — это сердце набора LEGO Technic 8094 Control Center. Это была первая программируемая система питания для моторов LEGO. В нижней части находится отсек для батареек, в который последовательно устанавливаются 6 батареек размера C (LR14), выдающих в общей сложности 9 вольт постоянного тока.
Центр управления имеет 3 выхода питания с цветовой кодировкой, каждый из которых может управлять 9-вольтовым мотором. Желтый выход имеет надпись «A-B» и управляется двумя желтыми кнопками слева с такими же надписями. Одна кнопка управляет двигателем в одном направлении, а другая меняет полярность и управляет двигателем в другую сторону. Красные и синие выходы обозначены как «N-S» и «E-W». Они управляются 4-позиционной панелью управления справа. Движение панели управления в диагональном направлении эффективно управляет сразу двумя каналами.
Красные кнопки в центре управления управляют программированием. Есть две секции памяти, между которыми центр управления может переключаться. После выбора памяти вы можете нажать кнопку Program, и система запишет ваши действия, включая продолжительность и паузы. Когда вы закончите запись программы, нажмите Stop, и она будет сохранена в памяти, даже если устройство выключено. Затем вы можете воспроизвести ее (Go) в любое время или управлять системой вручную.
Очевидно, существует какой-то предел объема памяти системы, поэтому она может записать только определенное количество входов, однако я так и не нашел этот предел.
Модель 1 — Робот-плоттер
Этот маленький робот используется для рисования грубых изображений. Он ездит на двух колесах и уравновешивается штырями на двух других углах. Каждое колесо приводится в движение независимым двигателем. Поскольку колеса могут вращаться в противоположных направлениях, робот способен поворачивать с нулевым радиусом.
На компьютерном изображении показана система привода. Каждый двигатель приводит в движение шкив через ремень. Затем шкив приводит в движение коронную шестерню с 24 зубьями через червячную передачу, в результате чего коэффициент передачи составляет примерно 75:1.
Ручка Technic зажата в центре узла с парой резьбовых осей. Перо проходит через весь узел до бумаги. Пара резиновых лент прижимает перо к бумаге.
Как видно из примера, нарисовать что-либо связное с помощью этой системы довольно сложно, но попробовать интересно. Анимация не происходит в реальном времени, но рывковые движения, наблюдаемые в ней, все же показывают, как робот движется на самом деле.
Модель 2 — Плоттер
Плоттер является исключительно уникальной моделью и хорошим упрощением того, как можно использовать настоящие серводвигатели, управляемые программируемой системой. Плоттер оснащен двигателем для перемещения по двум осям независимо друг от друга (или вместе). Диагональные линии возможны, если запустить оба двигателя вместе, но это сложно сделать точно. Система дистанционного управления не имеет средств для подъема пера, поэтому плоттер обычно представляет собой одну непрерывную серию линий, как показано на рисунке. Перо можно поднять вручную.
Метод рисования с помощью плоттера похож на популярную игрушку «Etch A Sketch».
Ручка и бумага
Перо Technic поддерживается на конце рычага каретки и зажимается резьбовыми осями. Для прижатия пера к бумаге используется утяжеленный элемент. На одном конце грузика имеется прорезь для оси. Поскольку груз не сбалансирован, он стремится вращать ось. Эта сила, действующая на бумагу, также стремится подтолкнуть конец рычага каретки вверх. Гиря может вращаться, чтобы поднять перо с бумаги через систему зубчатых колес. Груз приводит в движение пару цилиндрических шестерен с 8 зубьями. Шестерни приводят в движение 24-зубые коронки. На той же оси находится пара шестерен, которые входят в зацепление с зубчатыми колесами на зажиме пера.
Плоттер включает в себя даже средство для закрепления бумаги. В качестве платформы используется опорная плита. Пара зубчатых соединителей, показанных на рисунке, предварительно прижимаются к бумаге резиновыми лентами, чтобы удержать ее на месте. Это предотвращает трение пера о бумагу на платформе.
Моторизованная каретка
Каретка оснащена мотором для перемещения по двум осям. Моторы можно использовать независимо друг от друга для создания горизонтальных или вертикальных линий или вместе для создания диагональных линий. Двигатели работают примерно с одинаковой скоростью, поэтому углы 0, 45 и 90 градусов — единственные возможные углы.
Движение из стороны в сторону мы будем называть осью X. Двигатель оси X имеет на выходном валу цилиндрическую шестерню с 8 зубьями (первое компьютерное изображение) и приводит в движение цилиндрическую шестерню с 24 зубьями. Эта передача осуществляется через набор шкивов с помощью ремня. Ременная система позволяет шестерням проскальзывать, а не останавливать двигатель при достижении конечного упора оси. Далее червячная передача приводит в движение 24-зубый венец. Следующие две ступени 16-зубых зубчатых колес и 14-зубых конических колес имеют соотношение 1:1. Наконец, шестерня с 8 зубьями приводит в движение длинный набор реечных шестерен. Окончательное уменьшение составляет примерно 216:1. Вся каретка скользит по плитке на основании и поддерживается ею. Она не может скользить достаточно далеко, чтобы потерять равновесие и упасть набок.
Движение вперед-назад мы будем называть осью Y. Двигатель оси Y имеет на выходном валу (второе компьютерное изображение) цилиндрическую шестерню с 8 зубьями, которая приводит в движение цилиндрическую шестерню с 24 зубьями. Она проходит через набор шкивов с помощью ремня. Далее червячная передача приводит в движение венец с 24 зубьями. Следующий этап — пара зубчатых колес с 16 зубьями. Наконец, пара 8-зубых шестерен приводит в движение длинный набор зубчатых колес. Конечная редукция составляет примерно 216:1, такая же, как у оси X. Весь рычаг каретки скользит по плиткам главной каретки и поддерживается ими. Второй набор шестерен зацепляет стойки и предотвращает опрокидывание рычага с каретки под действием консольного момента.
Модель 3 — Роботизированный манипулятор
Этот роботизированный манипулятор выполняет задачу по подъему балок 1х2 из желоба и сортировке их по цветовой маркировке. Пройдет много лет, прежде чем нечто подобное будет доступно с помощью компьютеризированной системы Mindstorms. Это отличный пример сложных функций, которые могут быть достигнуты с помощью относительно небольшого количества деталей.
Рука способна вращаться, поднимать и открывать концевой эффектор. Несмотря на то, что моторов всего два, это 3 моторизованные функции. Метод, используемый для достижения этой цели, довольно умен и описан ниже.
Для удержания всех узлов в правильном положении относительно друг друга используется опорная плита.
Моторизованный вращающийся кронштейн
Кронштейн можно вращать из стороны в сторону с помощью мотора, установленного в неподвижном основании. Система поддерживается новым поворотным столом Technic, который способен выдерживать несбалансированный вес, не разваливаясь на части.
Двигатель приводит в движение шкив через ремень (скрытый за поворотным столом на компьютерном изображении). Затем эта ось приводит в движение набор цилиндрических шестерен с 8 и 24 зубьями, за которыми следует набор цилиндрических шестерен с 16 зубьями. Далее червячная передача приводит в движение коронку с 24 зубьями. Наконец, шестерня с 8 зубьями приводит в движение внешнюю кольцевую шестерню поворотного стола, имеющую 56 зубьев. Конечное передаточное число составляет 3:1 x 24:8 x 16:16 x 24:1 x 56:8 = 1512:1.
Исходя из скорости вращения двигателя под нагрузкой 2000 об/мин, скорость вращения рычага составляет около 1,3 об/мин при полном заряде 9 В. Скорость, показанная в анимации, намного быстрее, чем в масштабе.
Моторизованный подъемно-захватывающий концевой эффектор
Моторизованный подъемно-захватный концевой эффектор — это практически волшебство. Обе функции контролируются одним двигателем, установленным в задней части руки и используемым в качестве противовеса. Цветное компьютерное изображение может быть использовано для объяснения работы системы.
Когда манипулятор находится в полностью опущенном положении, балки, составляющие 4-х стержневую тягу, опускаются вниз, что препятствует дальнейшему опусканию манипулятора. В этом положении путь от двигателя к концевому эффектору выглядит следующим образом. Двигатель приводит в движение 8-зубчатую цилиндрическую шестерню в 24-зубчатую цилиндрическую шестерню. Далее через пару шкивов проходит ременная передача, чтобы двигатель не заглох. Затем первая синяя ось приводит в движение 24-зубый венец через червячную передачу, предотвращая обратный ход системы. Далее следует тройка шестерен с 3-24 зубьями. Затем венец с 24 зубьями приводит в движение большую цилиндрическую шестерню с 40 зубьями на третьей синей оси. Следующее крупное понижение передачи происходит через набор красных и зеленых зубчатых колес с 8 и 40 зубьями (подробнее о них позже). Эта большая шестерня приводит в движение венец с 24 зубьями. Пара 8-зубых шестерен приводит в движение пару 16-зубых цилиндрических шестерен, которые вращаются в противоположных направлениях. Наконец, два набора конических шестерен с 14 зубьями приводят в движение подъемные рычаги, составляющие концевой эффектор. Конечная передача составляет 24:8 x 3:1 x 24:1 x 24:24 x 24:24 x 24:24 x 40:24 x 40:8 x 24:40 x 8:8 x 16:16 x 14:14 = 1080:1. Пальцы можно открывать и закрывать путем реверсирования двигателя.
Для подъема руки используется та же самая система передач. Как это возможно? Когда концевой эффектор замыкается на чем-то, либо на себе, либо на предмете, который он захватывает, последняя синяя ось становится эффективно заблокированной. Помните эти красные и зеленые шестеренки на картинке? Когда последняя синяя ось заблокирована, относительное вращение красной и зеленой шестеренок приводит к изменению угла между желтыми лучами, тем самым поворачивая 4-х стержневую тягу. Поскольку два длинных рычага четырехзвенной тяги имеют разную длину (разница в 1 шпильку), рычаг меняет форму и поднимается. Поскольку в этой функции не используются последние 4 ступени системы передач, уменьшение составляет 1800:1. Для подъема рычага требуется только поворот 3 зубьев на красной 40-зубой шестерне, поэтому общее время подъема составляет около (1800/2000) x (3/40) = 0,00675 мин ~ 4 секунды.
Разницу между этими двумя типами движения можно увидеть, внимательно изучив анимацию.
Модель 4 — Передвижной кран
Этот моторизованный мобильный кран имеет множество интересных функций. Он имеет аутригеры (на рисунке светло-голубые), поворотную платформу (на рисунке зеленые), подъемную стрелу (на рисунке желтые) и гусек (на рисунке фиолетовые). Многочисленные функции подъема выполняются одним двигателем, установленным в надрессорной конструкции, через маятниковую передачу, которая видна красным цветом на компьютерных изображениях. Другой двигатель управляет поворотным движением и расположен в основании. 4 колеса Model Team не являются управляемыми.
Моторизованная подъемная стрела
Стрела может подниматься и опускаться с помощью верхнего двигателя, но только при движении двигателя в одном направлении. Красный маятник, показанный на компьютерном изображении, приводится в движение справа от двигателя за счет трения в оси. Это приводит к зацеплению с системой шестерен на этой стороне.
Двигатель приводит в движение шкив через ремень, а затем набор 16-зубых цилиндрических шестерен. Затем пара конических шестерен с 14 зубьями входит в зацепление с венцом с 24 зубьями. Червячная передача приводит в движение следующий венец с 24 зубьями. Затем шестерня с 8 зубьями входит в зацепление с еще одним венцом с 24 зубьями, который приводит в движение цилиндрическую шестерню с 40 зубьями. Конечная передача составляет 617:1.
Последняя ось приводит в движение пару новых элементов коленчатого вала. Вращение этих элементов вызывает осцилляцию стрелы вверх и вниз. Стрела может двигаться только в одном направлении; вы не можете двигаться назад. Вместо этого нужно подождать, пока она совершит обратный цикл в том направлении, откуда стартовала. Это хорошо видно на анимации.
Моторизованная подъемная стрела
Стрела может подниматься и опускаться с помощью верхнего двигателя, но только при движении двигателя в одном направлении. Красный маятник, показанный на компьютерном изображении, приводится в движение слева от двигателя за счет трения в оси. Это приводит к зацеплению с системой передач на этой стороне.
Двигатель приводит в движение шкив через ремень, а затем набор 16-зубых цилиндрических шестерен. Затем пара конических шестерен с 14 зубьями входит в зацепление с венцом с 24 зубьями. Червячная передача приводит в движение следующий венец с 24 зубьями. Далее следует набор шестерен с 8 зубьями, а затем набор конических шестерен с 14 зубьями. После конических шестерен ось проходит через ось вращения штанги. Пара 14-зубых конических шестерен делает поворот на 90 градусов, за ними следует еще одна пара. Наконец, следуют 8, 24 и 40-зубые цилиндрические шестерни. Конечная редукция составляет 617:1, как и у стрелы.
Зубчатая передача с 40 зубьями имеет звено, прикрепленное к одному из смещенных от центра отверстий штифта. Вращение шестерни приводит к осцилляции стрелы вверх и вниз. Стрела может двигаться только в одном направлении; вы не можете двигаться назад. Вместо этого нужно подождать, пока она вернется в исходное положение. Это хорошо видно на анимации.
Моторизованная поворотная надстройка
Вся надстройка поворачивается на одном из новых поворотных столов, который способен выдержать несбалансированный вес и не развалиться. Двигатель для этой функции расположен в основании.
Двигатель приводит в движение набор цилиндрических шестерен с 8 и 24 зубьями, за которыми следуют две пары шестерен с 16 зубьями. Далее идет ремень, приводимый в движение парой шкивов. Затем червячная передача приводит в движение коронку с 24 зубьями. Наконец, шестерня с 8 зубьями приводит в движение внешнюю кольцевую шестерню поворотного стола, имеющую 56 зубьев. Итоговое передаточное число составляет 24:8 x 16:16 x 16:16 x 3:1 x 24:1 x 56:8 = 1512:1.
Обратите внимание, что, в отличие от анимации, модель не может вращаться на 360 градусов бесконечное число раз. Поскольку провода проходят вверх через поворотный стол, они перекрутятся, если он повернется слишком далеко.
Опорные аутригеры
Четыре аутригера расположены по углам для устойчивости. Они перемещаются наружу по рельсам из плитки с помощью реечной системы, как показано на компьютерном изображении. Когда аутригеры достигают своего крайнего положения, прикрепленные к ним подъемные стрелы становятся почти вертикальными, выдерживая вес крана без обратного движения. Благодаря геометрии системы, развертывание аутригеров фактически слегка приподнимает колеса от земли. Стрелы аутригеров предотвращают вращение внутри корпуса благодаря плотно прилегающим плиткам, расположенным сверху и снизу.