ASPIR: Robot umanoid tipărit 3D: 80 de pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Robotul de asistență autonomă și inspirație pozitivă (ASPIR) este un robot umanoid tipărit cu sursă deschisă, de 4,3 ft, tipărit 3D, pe care oricine îl poate construi cu suficientă unitate și determinare.

Cuprins Am împărțit acest instructiv masiv în 80 de pași în 10 capitole ușor de citit, legate mai jos pentru confortul dvs. de citire:

1. Introducere
2. Părți
3. Arme
4. Cap
5. Picioare
6. Cufăr
7. Fuziune
8. Cablare
9. Cochilii
10. Concluzie

Note: Acesta este un proiect Instructables foarte mare și foarte avansat! Vă recomandăm să aveți o experiență semnificativă în imprimarea 3D înainte de a încerca acest proiect. Timpul de construcție preconizat va fi de câteva luni, cu un cost estimat de construcție de aproximativ 2500 USD (acest cost poate fi mai mic sau mai mare, în funcție de furnizorii pe care îi utilizați și ce piese aveți deja). Rețineți că acest Instructable acoperă doar construcția hardware și nu software-ul (acesta este în prezent în curs de dezvoltare). Acestea fiind spuse, viteza maximă înainte și noroc!

Pasul 1: Despre ASPIR

ASPIR este succesorul spiritual al lui Halley, Ambassador Robot 001 (2015), un robot umanoid popular cu sursă deschisă, cu sursă deschisă, de 2,6 picioare, tăiat cu laser. De-a lungul prezentării robotului Halley, am constatat că roboții umanoizi sunt minunați în privința umană și obțin răspunsuri social-emoționale din partea spectatorilor umani. Există o mulțime de roboți umanoizi de vânzare, dar toți se încadrează cu adevărat în doar două categorii: roboți accesibili pentru jucării hobbyist, care au mai puțin de 2 metri înălțime și dimensiuni complete și roboți umanoizi de calitate pentru cercetare, care costă mai mult decât noul mașini sport. Am vrut să aducem cele mai bune din ambele lumi împreună cu un robot umanoid de dimensiuni mari, accesibil, open-source. Și astfel s-a născut proiectul ASPIR.

(P. S. Un mare mulțumire pentru Discovery Channel Canada Daily Planet pentru producerea videoclipului!: D)

Pasul 2: Despre noi

Choitek este o companie de tehnologie educațională avansată, angajată să pregătească studenții de astăzi pentru a deveni artiști, ingineri și antreprenori de mâine prin construirea celor mai mari, mai îndrăzneți și mai incredibili roboți pentru a preda și inspira. Suntem membri pasionați ai comunității open-source și credem că învățarea este maximizată pentru binele tuturor, atunci când nu există cutii negre proprietare care să ascundă și să ofenseze tehnologia. Acestea fiind spuse, sperăm că ne veți alătura în această aventură interesantă de a construi viitorul roboticii împreună.

(Notă: compania noastră face în prezent cercetări pentru a vedea cum pot fi folosiți roboții umanoizi precum ASPIR pentru a inspira mai multe fete în STEM. Dacă sunteți interesat să colaborați cu noi, nu ezitați să ne anunțați!)

Pasul 3: Mulțumiri speciale

Proiectul ASPIR este posibil cu ajutorul generos al Frank-Ratchye STUDIO pentru anchetă creativă a Universității Carnegie Mellon:

„Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry este un laborator flexibil pentru noi moduri de cercetare, producție și prezentare a artelor. Fondat în 1989 în cadrul Colegiului de Arte Frumoase de la Universitatea Carnegie Mellon (CMU), STUDIO servește ca locus pentru întreprinderile hibride. în campusul CMU, regiunea Pittsburgh și la nivel internațional. Accentul nostru actual pe artele new-media se bazează pe mai mult de două decenii de experiență găzduind artiști interdisciplinari într-un mediu îmbogățit de departamente de știință și inginerie de nivel mondial. Prin rezidențele și programele noastre de informare, STUDIO oferă oportunități de învățare, dialog și cercetare care conduc la progrese inovatoare, la noi politici și la redefinirea rolului artiștilor într-o lume care se schimbă rapid."

Pasul 4: Servo, Servo, Servo

Cu 6 mega-servo super-dimensiuni pe fiecare picior, 4 servo cu cuplu ridicat standard pentru fiecare braț, 5 micro servo cu angrenaj metalic pentru fiecare mână și 2 servo standard suplimentare pentru mecanismul pan / tilt al capului, actuatoarele robotului ASPIR se mișcă cu un total uimitor de 33 de grade de libertate. Pentru referință, am inclus exemple de legături de referință către diferite servomotoare de care va trebui să construiți robotul ASPIR:

• 10 Servo-uri Metal Gear
• Servicii standard cu cuplu ridicat de 10 ori
• 13x Servocupuri super cuplu super mare

(Notă: costul și calitatea serviciilor sunt extrem de variabile în funcție de furnizorul pe care îl utilizați. Am furnizat câteva exemple de linkuri pentru a vă ajuta pe parcurs.)

Pasul 5: Electronică, Electronică, Electronică

Pe lângă 33 de servomotoare cu cuplu ridicat, veți avea nevoie și de o varietate de alte componente electronice pentru a controla și alimenta robotul ASPIR. Pentru referință, am inclus exemple de legături de referință către alte componente electronice și mecanice de care veți avea nevoie pentru a construi robotul ASPIR:

• 1x cameră web USB
• 1x hub USB cu 4 porturi
• 1x Telemetru laser
• 8x amortizoare RC
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega Servo Shield
• 5.5-În telefonul inteligent Android
• Cabluri de extensie servo 50x
• 2x adaptoare de alimentare 5V 10A
• 8x 210mm x 6mm tije hexagonale din aluminiu
• 4x tije hexagonale din aluminiu de 120 mm x 6 mm
• 4x tije hexagonale din aluminiu de 100 mm x 6 mm
• 2x tije hexagonale din aluminiu de 75 mm x 6 mm
• 1x tije hexagonale din aluminiu de 60 mm x 6 mm

(Notă: Deși aceste piese furnizate în linkurile de mai sus vor fi compatibile electronic, rețineți că dimensiunile CAD exacte necesare pentru adaptarea anumitor piese electronice și mecanice pot varia în funcție de componentă.)

Pasul 6: 300 de ore de imprimare 3D

Așa cum am menționat anterior în introducere, ASPIR este un efort de imprimare 3D foarte masiv. Cu peste 90 de părți de imprimat, timpul total de imprimare estimat utilizând setările standard de extrudare a filamentului 3D, umplerea și înălțimea stratului este de așteptat să fie undeva în stadionul de 300 de ore. Acest lucru va consuma probabil 5 role de filament de 1 kg (2,2 lb), fără a include eșecurile de imprimare și reîncercările (Am folosit role PLA Robo3D pentru toate nevoile noastre de imprimare 3D). Rețineți, de asemenea, că veți avea nevoie de o imprimantă 3D mare cu o dimensiune minimă a plăcii de construcție de 10x10x10in (250x250x250mm), cum ar fi Lulzbot TAZ 6 pentru unele dintre piesele mai mari tipărite 3D ale robotului ASPIR. Iată toate fișierele de care aveți nevoie pentru a imprima 3D:

• Braț stânga
• Brațul drept
• Corp
• Picior
• Mână
• Cap
• Piciorul stâng
• Leg Right
• Gât
• Cochilii

Odată ce ai toate părțile, să începem

Pasul 7: Arme 1

Pentru început, vom începe cu mâinile noastre imprimate 3D. Aceste mâini sunt special concepute pentru a fi flexibile chiar și atunci când tipăriți cu PLA. Atașați 5 micro servo, câte unul pentru fiecare deget pe mâna imprimată 3D.

Pasul 8: Arme 2

Acum, atașați piesa încheieturii mâinii cu două șuruburi. Apoi introduceți tija hexagonală din aluminiu de 100 mm în piesa încheieturii mâinii.

Pasul 9: Arme 3

Dacă nu ați făcut-o deja, mergeți mai departe și direcționați șirul pe coarnele micro-servo, cu nodurile de margine înainte pe fiecare dintre degete. Asigurați-vă că legați un nod ferm pe fiecare dintre degete și minimizați înclinația șirului făcând o conexiune strânsă între microcornul servo, șirul și vârful de margine de pe fiecare deget.

Pasul 10: Arme 4

Continuați construcția brațelor prin atașarea piesei inferioare a brațului la capătul tijei hexagonale. Atașați un servo standard la brațul inferior și fixați-l cu 4 șuruburi și șaibe.

Pasul 11: Arme 5

Continuați asamblarea brațului prin atașarea piesei balamalei servo corn la brațul inferior și fixați-l cu 4 șuruburi.

Pasul 12: Arme 6

Acum, extindeți brațul superior prin introducerea unei alte tije hexagonale din aluminiu de 100 mm în articulația articulației și fixați o altă articulație articulată tipărită 3D pe celălalt capăt al tijei hexagonale din aluminiu 100 mm.

Pasul 13: Arme 7

Acum asamblăm articulația umărului. Începeți prin apucarea unui alt servo standard și fixați-l pe prima piesă de umăr folosind 4 șuruburi și 4 șaibe.

Pasul 14: Armele 8

Introduceți și fixați ansamblul umărului pe restul pieselor umărului. Piesa circulară de jos ar trebui să poată pivota pe axa angrenajului servo.

Pasul 15: Arme 9

Conectați ansamblul umărului la servomotorul brațului superior cu ultima piesă de umăr cu 4 șuruburi suplimentare.

Pasul 16: Arme 10

Combinați ansamblul umărului cu ansamblul brațului inferior / superior în punctul de pivotare din partea superioară a ansamblului brațului. Părțile trebuie să se unească la articulația articulației brațului superior. Aceasta încheie asamblarea brațului ASPIR.

(Notă: va trebui să repetați toți cei zece pași pentru ansamblul brațului pentru celălalt braț, deoarece ASPIR are două brațe, stânga și dreapta.)

Pasul 17: Capul 1

Acum asamblăm capul ASPIR. Începeți prin atașarea unui servo standard la gâtul robotului cu 4 șuruburi și 4 șaibe.

Pasul 18: Capul 2

La fel ca ansamblul de umăr pivotant anterior, atașați un cap circular pivotant la claxonul servo standard și fixați-l cu suportul de cap circular.

Pasul 19: Capul 3

Acum atașați platforma de bază a capului robotului pe mecanismul de pivotare a gâtului circular de la pasul anterior cu patru șuruburi.

Pasul 20: Capul 4

Atașați un alt servo standard pe platforma de bază cu 4 șuruburi și 4 șaibe. Atașați legăturile de înclinare a capului la claxonul servo-ului. Asigurați-vă că legăturile de înclinare a capului pot roti liber.

Pasul 21: Capul 5

Atașați suportul plăcii frontale a telefonului pe partea din față a platformei de bază. Conectați partea din spate a suportului plăcii frontale a telefonului la legăturile de înclinare servo. Asigurați-vă că capul se poate roti înainte și înapoi cu 60 de grade.

Pasul 22: Capul 6

Glisați telefonul Android de 5,5 inci în suportul pentru față al telefonului. (Un iPhone subțire cu aceleași dimensiuni ar trebui să facă și el trucul. Telefoanele cu alte dimensiuni nu au fost testate.)

Pasul 23: Capul 7

Asigurați poziția telefonului prin fixarea telemetrului laser pe partea stângă a feței robotului cu 2 șuruburi.

Pasul 24: Capul 8

Introduceți o tijă hexagonală din aluminiu de 60 mm în partea inferioară a gâtului robotului. Aceasta încheie asamblarea capului robotului.

Pasul 25: picioarele 1

Acum începem asamblarea picioarelor ASPIR. Pentru a începe, fixați piesele robotului înainte și posterior ale piciorului împreună cu două șuruburi mari. Asigurați-vă că antepiciul este capabil să se rotească liber.

Pasul 26: picioarele 2

Atașați 2 amortizoare RC pe piesele piciorului înainte și în spate, așa cum se arată. Piesa de picior ar trebui să se îndoaie acum cu aproximativ 30 de grade și să revină.

Pasul 27: picioarele 3

Începeți asamblarea gleznei cu două servome foarte mari și fixați-le împreună cu 4 șuruburi și 4 șaibe.

Pasul 28: picioarele 4

Completați conexiunea cu cealaltă piesă a gleznei și fixați conexiunea cu încă 4 șuruburi și șaibe.

Pasul 29: picioarele 5

Atașați piesa conectorului piciorului cu un șurub mare pe spate și 4 șuruburi mici pe claxonul servo.

Pasul 30: picioarele 6

Atașați conectorul superior al gleznei la restul ansamblului gleznei de pe celălalt servo mare cu 4 șuruburi mici și un șurub mare.

Pasul 31: picioarele 7

Introduceți două tije hexagonale de 210 mm pe ansamblul gleznei. La celălalt capăt al tijelor hexagonale, introduceți partea inferioară a genunchiului.

Pasul 32: picioarele 8

Fixați un servo extra mare pe genunchi cu 4 șuruburi și 4 șaibe.

Pasul 33: picioarele 9

Conectați piesa superioară a genunchiului la claxonul servomotor mare al genunchiului cu 4 șuruburi mici și 1 șurub mare.

Pasul 34: picioarele 10

Introduceți încă două tije hexagonale de 210 mm pe ansamblul genunchiului.

Pasul 35: picioarele 11

Începeți construcția coapsei prin introducerea unui adaptor de alimentare 5V10A în cele două piese ale suportului adaptorului de alimentare.

Pasul 36: picioarele 12

Glisați ansamblul coapsei în cele 2 tije hexagonale de pe piciorul superior al robotului.

Pasul 37: picioarele 13

Blocați coapsa în poziție prin introducerea unei piese articulare articulate pe cele 2 tije hexagonale de pe piciorul superior.

Pasul 38: picioarele 14

Începeți ansamblul articulației șoldului conectând capul circular mare la claxonul unui servomotor mare.

Pasul 39: picioarele 15

Glisați suportul pentru servo de șold pe servomotorul mare și fixați 4 șuruburi cu 4 șaibe.

Pasul 40: picioarele 16

Glisați ansamblul servo de șold în cealaltă piesă de șold, astfel încât articulația pivot să se poată roti. Fixați această piesă în loc cu 4 șuruburi.

Pasul 41: picioarele 17

Atașați un alt servo mare pe ansamblul șoldului cu 4 șuruburi și 4 șaibe.

Pasul 42: picioarele 18

Fixați o piesă de susținere a servo-piciorului superior cu 4 șuruburi, pe articulația circulară de pivotare.

Pasul 43: picioarele 19

Fixați un servo extra mare pe suportul pentru servo pentru piciorul superior al părții mari de la pasul anterior cu 4 șuruburi și 4 șaibe.

Pasul 44: picioarele 20

Conectați ansamblul șoldului completat la restul ansamblului piciorului de la partea superioară a articulației articulației piciorului. Fixați-l cu 4 șuruburi mici și un șurub mare.

Pasul 45: picioarele 21

Conectați ansamblul piciorului la capătul inferior al restului ansamblului piciorului și fixați-l cu 6 șuruburi. Acum ați terminat cu ansamblul piciorului pentru moment. Repetați pașii 25-45 pentru a crea celălalt picior, astfel încât să aveți atât picioarele dreapta cât și stânga pentru robotul ASPIR.

Pasul 46: Pieptul 1

Începeți ansamblul pieptului prin fixarea coarnelor servo circulare mari pe partea stângă și dreaptă a piesei pelvisului mare.

Pasul 47: pieptul 2

Introduceți patru tije hexagonale de 120 mm pe partea bazinului.

Pasul 48: pieptul 3

Glisați o placă de suport Arduino pe cele două tije hexagonale din spate. Introduceți partea inferioară a trunchiului pe cele patru tije hexagonale.

Pasul 49: pieptul 4

Atașați un servo extra mare pe trunchiul inferior și fixați-l în poziție cu 4 șuruburi și 4 șaibe.

Pasul 50: pieptul 5

Conectați un servo-corn circular foarte mare la partea superioară a trunchiului cu 4 șuruburi.

Pasul 51: pieptul 6

Pe partea din spate a piesei superioare a trunchiului, atașați piesa de protecție a comutatorului din spate cu 5 șuruburi.

Pasul 52: pieptul 7

Fixați suportul camerei web pe partea din față a ansamblului superior al trunchiului cu 3 șuruburi.

Pasul 53: pieptul 8

Introduceți o cameră web USB în suportul camerei web.

Pasul 54: pieptul 9

Conectați ansamblul trunchiului superior cu ansamblul trunchiului inferior la claxonul servo foarte mare.

Pasul 55: pieptul 10

Atașați un Arduino Mega 2560 pe placa Arduino din spate cu 4 șuruburi și 4 distanțieri.

Pasul 56: pieptul 11

Conectați Arduino Mega Servo Shield direct deasupra Arduino Mega 2560.

Pasul 57: Fuziunea 1

Conectați ansamblul capului cu ansamblul trunchiului între tija hexagonală a gâtului și piesa superioară a trunchiului.

Pasul 58: Fuziunea 2

Îmbinați ansamblurile brațelor stânga și dreapta și stânga cu restul ansamblului trunchiului la tijele hexagonale ale umărului.

Pasul 59: Fuziunea 3

Fixați amortizoarele RC sub ambele conexiuni ale tijei hexagonale ale brațului. Asigurați-vă că ansamblul umărului se poate flexa cu aproximativ 30 de grade spre exterior.

Pasul 60: Fuziunea 4

Îmbinați picioarele stânga și dreapta împreună cu restul ansamblului trunchiului la servomoldurile mari de șold. Folosiți șuruburi mari pentru a fixa articulațiile pivotante.

Pasul 61: Cablarea 1

Pe partea din spate a robotului, atașați un hub USB cu 4 porturi direct deasupra Arduino Mega Servo Shield.

Pasul 62: Cablarea 2

Începeți să conectați toate cele 33 de servouri la Arduino Mega Servo Shield folosind cablurile de extensie servo. De asemenea, conectați telemetrul laser de la capul robotului la Arduino Mega Servo Shield. Vă recomandăm să folosiți legături standard pentru a ajuta la organizarea firelor.

Pasul 63: Cablare 3

În cele din urmă, finalizați cablarea conectând Arduino Mega, telefonul Android și camera web la hub-ul USB cu 4 porturi utilizând cabluri USB standard. Atașați un cablu prelungitor USB pentru a extinde lungimea sursei Hub USB cu 4 porturi.

Pasul 64: Shells 1

Începeți să obțineți cochilii capului prin fixarea plăcilor de conectare pe interiorul piesei de coajă a capului din spate al robotului.

Pasul 65: Shells 2

Atașați piesa frontală a robotului pe suportul plăcii telefonului. Fixați-l cu 4 șuruburi.

Pasul 66: Shells 3

Înșurubați piesa de coajă a capului din spate al robotului pe piesa de coajă a feței frontale a robotului.

Pasul 67: Shells 4

Conectați bucata din spate a gâtului la ansamblul gâtului robotului. Asigurați-vă că firele gâtului se potrivesc perfect în interior.

Pasul 68: Shells 5

Conectați bucata din față a gâtului la ansamblul gâtului robotului. Asigurați-vă că firele gâtului se potrivesc perfect în interior.

Pasul 69: Shells 6

Pentru fiecare dintre brațele inferioare stânga și dreapta, înșurubați o bucată din spate a carcasei brațului inferior.

Pasul 70: Shells 7

Pentru fiecare dintre brațele inferioare stânga și dreapta, înșurubați o bucată din față a carcasei brațului inferior. Asigurați-vă că firele brațului se potrivesc perfect.

Pasul 71: Shells 8

Pentru fiecare dintre brațele superioare stânga și dreapta, înșurubați o bucată din spate a carcasei brațului superior. Asigurați-vă că firele brațului se potrivesc perfect.

Pasul 72: Shells 9

Pentru fiecare dintre brațele inferioare stânga și dreapta, înșurubați o bucată din față a carcasei brațului superior. Asigurați-vă că firele brațului se potrivesc perfect.

Pasul 73: Shells 10

Pentru fiecare dintre picioarele inferioare stânga și dreapta, înșurubați o bucată de coajă a piciorului inferior din spate. Asigurați-vă că firele piciorului se potrivesc perfect.

Pasul 74: Shells 11

Pentru fiecare dintre picioarele inferioare stânga și dreapta, înșurubați o bucată de coajă inferioară a piciorului. Asigurați-vă că firele piciorului se potrivesc perfect.

Pasul 75: Shells 12

Pentru fiecare dintre picioarele superioare stânga și dreapta, înșurubați o bucată de coajă a piciorului superior frontal pe coapsele suportului adaptorului de alimentare. Asigurați-vă că firele piciorului se potrivesc perfect.

Pasul 76: Shells 13

Pentru fiecare dintre picioarele superioare stânga și dreapta, înșurubați o bucată de coajă a piciorului superior din spate pe coapsele suportului adaptorului de alimentare. Asigurați-vă că firele piciorului se potrivesc perfect.

Pasul 77: Obuzele 14

Pentru partea din față și din spate a trunchiului inferior al robotului ASPIR, atașați o bucată de carcasă frontală. Când ați terminat, înșurubați și o piesă a trunchiului inferior din spate.

Pasul 78: Shells 15

Atașați piesa frontală superioară a trunchiului pe partea din față a pieptului robotului ASPIR, astfel încât camera web să iasă în centrul trunchiului. Când ați terminat, înșurubați partea din spate a trunchiului superior pe partea din spate a pieptului robotului ASPIR.

Pasul 79: Atingeri de finalizare

Asigurați-vă că șuruburile sunt frumoase și strânse și că firele se potrivesc perfect în toate piesele de coajă. Dacă totul pare a fi conectat corect, testați fiecare dintre servo folosind exemplul Arduino's Servo Sweep pe fiecare dintre ace. (Notă: Acordați o atenție deosebită fiecărei game de servo, întrucât nu toate servo-urile au capacitatea de a roti 0-180 grade din cauza aranjamentului lor.)

Pasul 80: Concluzie

Și iată-l! Robotul tău umanoid tipărit în format 3D, construit cu câteva luni de muncă bună și grea. (Mergeți mai departe și bateți-vă în pachet de câteva mii de ori. Ați câștigat-o.)

Acum sunteți liberi să faceți orice ingineri, inventatori și inovatori care gândesc în viitor, precum faceți cu roboții umanoizi. Poate doriți ca ASPIR să fie un prieten robot care să vă țină companie? Poate vrei un prieten robot de studiu? Sau poate doriți să încercați să construiți o armată a acestor mașini pentru a cuceri lumea, ca omul de știință nebun distopian pe care știți că sunteți? (Va avea nevoie de destul de multe îmbunătățiri înainte de a fi pregătit pentru desfășurările militare pe teren …)

Actualul meu software pentru a face robotul să facă aceste lucruri este în prezent în lucru și cu siguranță va trece ceva timp până când va deveni pe deplin gata de pornire. Datorită naturii sale prototipice, rețineți că designul actual al ASPIR este extrem de limitat în ceea ce privește capacitățile sale; cu siguranță nu este perfect așa cum este acum și probabil că nu va fi niciodată. Dar acesta este în cele din urmă un lucru bun - acest lucru lasă mult spațiu pentru îmbunătățire, pentru a face modificări și pentru a dezvolta progrese în domeniul roboticii, cu cercetări pe care le puteți numi cu adevărat ale voastre.

Dacă alegeți să dezvoltați în continuare acest proiect, vă rugăm să ne anunțați! Mi-ar plăcea absolut să văd ce puteți face din acest proiect. Dacă aveți alte întrebări, îngrijorări sau comentarii despre acest proiect sau despre cum aș putea să mă îmbunătățesc, mi-ar plăcea să vă aud gândurile. În orice caz, sper că ți-a plăcut să urmezi acest Instructable la fel de mult ca și când l-am scris. Acum du-te și fă lucruri grozave!

Excelsior, -John Choi

Premiul II la Concursul Make It Move 2017