ASPIR: 3D tlačený humanoidný robot v plnej veľkosti: 80 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Robot s autonómnou podporou a pozitívnou inšpiráciou (ASPIR) je humanoidný robot s 3D tlačou s otvoreným zdrojovým kódom a veľkosťou 4,3 metra, ktorý môže postaviť ktokoľvek s dostatočným nasadením a odhodlaním.

Obsah Tento masívny 80-stupňový návod sme rozdelili do 10 ľahko čitateľných kapitol, ktoré sú uvedené nižšie, aby ste si ich mohli pohodlne prečítať:

1. Úvod
2. Časti
3. Zbrane
4. Hlava
5. Nohy
6. Hrudník
7. Zlúčenie
8. Elektrické vedenie
9. Mušle
10. Záver

Poznámky: Jedná sa o veľmi pokročilý a veľký projekt Instructables! Pred vykonaním tohto projektu odporúčame mať značné skúsenosti s 3D tlačou. Predpokladaná doba stavby bude niekoľko mesiacov s odhadovanými nákladmi na výstavbu zhruba 2 500 dolárov (tieto náklady môžu byť nižšie alebo vyššie v závislosti od toho, ktorých dodávateľov používate a ktoré diely už máte). Tento návod sa týka iba hardvérovej konštrukcie, a nie softvéru (ten sa práve vyvíja). S tým je povedané, plná rýchlosť dopredu a veľa šťastia!

Krok 1: O ASPIR

ASPIR je duchovným nástupcom Halleyho, Ambassador Robot 001 (2015), populárneho lacného, open-source, 2,6-stopového laserom rezaného humanoidného robota. V priebehu predvádzania robota Halley sme zistili, že humanoidné roboty pôsobia úžasne na človeka a vyvolávajú sociálno-emocionálne reakcie od ľudských divákov. Na predaj je veľa humanoidných robotov, ale všetky skutočne spadajú len do dvoch kategórií: cenovo dostupné roboty pre domácich majstrov, ktorých výška nepresahuje 2 stopy, a humanoidné roboty v plnej veľkosti a výskumné triedy, ktoré stoja viac ako nové. športové autá. Chceli sme spojiť to najlepšie z oboch svetov spolu s cenovo dostupným humanoidným robotom v plnej veľkosti s otvoreným zdrojom. A tak vznikol projekt ASPIR.

(P. S. Veľké poďakovanie patrí dennej planéte Discovery Channel Canada za produkciu videa!: D)

Krok 2: O nás

Choitek je spoločnosť s pokročilými vzdelávacími technológiami, ktorá sa zaviazala pripraviť súčasných študentov na to, aby sa stali umelcami, inžiniermi a podnikateľmi zajtrajška tým, že zostrojia tých najväčších, najodvážnejších a najneuveriteľnejšie úžasných robotov, ktorých budú učiť a inšpirovať. Sme vášnivými členmi komunity s otvoreným zdrojovým kódom a veríme, že učenie je maximalizované pre dobro každého, keď neexistujú žiadne patentované čierne skrinky, ktoré by skryli a zahmlievali technológiu. Preto sme dúfali, že sa k nám pripojíte v tomto vzrušujúcom dobrodružstve spoločného budovania budúcnosti robotiky.

(Poznámka: naša spoločnosť v súčasnosti vykonáva výskum s cieľom zistiť, ako je možné humanoidné roboty ako ASPIR použiť na inšpiráciu viacerých dievčat do STEM. Ak máte záujem o spoluprácu s nami, dajte nám vedieť!)

Krok 3: Osobitné poďakovanie

Projekt ASPIR je možný s výdatnou podporou Frank-Ratchye STUDIO pre kreatívne skúmanie Univerzity Carnegie Mellon:

„Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry je flexibilné laboratórium pre nové spôsoby umeleckého výskumu, výroby a prezentácie. Spoločnosť STUDIO, založená v roku 1989 na Vysokej škole výtvarných umení na Univerzite Carnegie Mellon (CMU), slúži ako miesto pre hybridné podniky. v areáli CMU, regióne Pittsburgh a na medzinárodnej úrovni. Náš súčasný dôraz na umenie nových médií vychádza z viac ako dvoch desaťročí skúseností s hosťovaním interdisciplinárnych umelcov v prostredí obohatenom o špičkové vedecké a technické oddelenia. Prostredníctvom našich pobytov a terénnych programov, STUDIO ponúka možnosti vzdelávania, dialógu a výskumu, ktoré vedú k inovatívnym objavom, novým politikám a novému definovaniu úlohy umelcov v rýchlo sa meniacom svete. “

Krok 4: Servá, serva, serva

So 6 super-veľkými mega servami na každej nohe, 4 štandardnými servami s vysokým krútiacim momentom pre každé rameno, 5 mikro-servo s kovovým prevodom pre každú ruku a 2 ďalšími štandardnými servami pre mechanizmus otáčania/naklápania hlavy sa ovládače robota ASPIR pohybujú s ohromujúcich celkom 33 stupňov voľnosti. Pre vašu referenciu sme vložili vzorové referenčné odkazy na rôzne servomotory, ktoré budete potrebovať na stavbu robota ASPIR:

• 10x mikro servo s kovovým prevodom
• 10x štandardné servo s vysokým krútiacim momentom
• 13x Super servo s vysokým krútiacim momentom a super veľkosťou

(Poznámka: Cena a kvalita serva sa veľmi líšia v závislosti od toho, ktorého dodávateľa použijete. Poskytli sme niekoľko ukážkových odkazov, ktoré vám pomôžu na vašej ceste.)

Krok 5: Elektronika, elektronika, elektronika

Na ovládanie a napájanie robota ASPIR budete potrebovať okrem 33 servomotorov s vysokým krútiacim momentom aj množstvo ďalších elektronických súčiastok. Pre vašu referenciu sme vložili vzorové referenčné odkazy na ďalšie elektronické a mechanické komponenty, ktoré budete potrebovať na stavbu robota ASPIR:

• 1x webová kamera USB
• 1x 4-portový USB rozbočovač
• 1x laserový diaľkomer
• 8x RC tlmiče
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x servo štít Arduino Mega
• 5,5-palcový inteligentný telefón s Androidom
• 50x predlžovací kábel pre servo
• Napájacie adaptéry 2x 5V 10A
• Hliníkové šesťhranné tyče 8 x 210 mm x 6 mm
• 4x hliníkové šesťhranné tyče 120 mm x 6 mm
• 4x hliníkové šesťhranné tyče 100 mm x 6 mm
• 2x hliníkové šesťhranné tyče 75 mm x 6 mm
• 1x hliníkové šesťhranné tyče 60 mm x 6 mm

(Poznámka: Aj keď tieto diely uvedené v odkazoch vyššie budú elektronicky kompatibilné, nezabúdajte, že presné rozmery CAD potrebné na prispôsobenie určitých elektronických a mechanických dielov sa môžu líšiť podľa komponentov.)

Krok 6: 300 hodín 3D tlače

Ako už bolo spomenuté v úvode, ASPIR je super masívne úsilie o 3D tlač. Očakáva sa, že s viac ako 90 časťami na tlač bude celkový odhadovaný čas tlače pri použití štandardného vytláčania 3D vlákien, výplne a výšky vrstvy niekde na 300 hodinách. Pravdepodobne sa spotrebuje 5 kotúčov vlákna s hmotnosťou 1 kg (2,2 libry), vrátane tlačových chýb a opakovaných pokusov (na všetky naše potreby 3D tlače sme použili kotúče Robo3D PLA). Upozorňujeme, že na niektoré väčšie 3D tlačené diely robota ASPIR budete potrebovať veľkú 3D tlačiareň s minimálnym rozmerom stavebnej dosky 10 x 10 x 10 palcov (250 x 250 x 250 mm), ako napríklad Lulzbot TAZ 6. Tu sú všetky súbory, ktoré budete potrebovať na 3D tlač:

• Rameno vľavo
• Pravá ruka
• Telo
• Noha
• Ruka
• Hlava
• Noha vľavo
• Noha vpravo
• Krk
• Mušle

Keď máte všetky diely, začnime

Krok 7: Zbrane 1

Na začiatok začneme našimi 3D vytlačenými rukami. Tieto ruky sú navrhnuté špeciálne tak, aby boli flexibilné aj pri tlači pomocou PLA. Na 3D tlačenú ruku pripevnite 5 mikro serv, jedno pre každý prst.

Krok 8: Zbrane 2

Teraz pripevnite zápästie k ruke dvoma skrutkami. Potom zasuňte 100 mm hliníkovú šesťhrannú tyč do zápästia.

Krok 9: Zbrane 3

Ak ste to ešte neurobili, pokračujte a nasmerujte reťazec na rohy mikro servo s prednými okrajovými výstupkami na každom z prstov. Uistite sa, že na každý z prstov uviažete pevný uzol a minimalizujete prestup strún tak, že na každom prste vytvoríte tesné spojenie medzi mikro servo klaksónom, strunou a výstupkom na prednej strane.

Krok 10: Zbrane 4

Pokračujte v stavbe ramien pripevnením spodnej časti ramena na koniec šesťhrannej tyče. Pripojte štandardné servo k spodnej časti ramena a zaistite ho 4 skrutkami a podložkami.

Krok 11: Zbrane 5

Pokračujte v montáži ramena tak, že pripevníte časť závesu servo klaksónu k spodnému ramenu a upevníte ho 4 skrutkami.

Krok 12: Zbrane 6

Teraz predĺžte horné rameno zasunutím ďalšej 100 mm hliníkovej šesťhrannej tyče do závesového kĺbu a pripevnite ďalší 3D tlačený kĺbový spoj na druhý koniec 100 mm hliníkovej šesťhrannej tyče.

Krok 13: Zbrane 7

Teraz zostavujeme ramenný kĺb. Začnite tým, že chytíte ďalšie štandardné servo a pripevnite ho k prvému ramennému dielu pomocou 4 skrutiek a 4 podložiek.

Krok 14: Zbrane 8

Vložte a pripevnite ramennú zostavu k zvyšku ramenných dielov. Spodný kruhový kus by sa mal dať otáčať na osi prevodu serva.

Krok 15: Zbrane 9

Pripojte zostavu ramena k servomotoru horného ramena k poslednému ramenu pomocou 4 ďalších skrutiek.

Krok 16: Zbrane 10

Skombinujte ramennú zostavu so spodnou/hornou časťou ramena v bode otáčania v hornej časti zostavy ramena. Časti by sa mali spojiť v závesovom kĺbe nadlaktia. Tým je zostavenie ramena ASPIR ukončené.

(Poznámka: budete musieť zopakovať všetkých desať krokov pre zostavu ramena pre druhú ruku, pretože ASPIR má dve ramená, ľavé a pravé.)

Krok 17: Hlava 1

Teraz montujeme hlavu ASPIR. Začnite pripevnením štandardného serva k hrdlu robota pomocou 4 skrutiek a 4 podložiek.

Krok 18: Hlava 2

Rovnako ako predtým zostava otočného ramena, pripevnite otočnú kruhovú hlavu na štandardný servo roh a zaistite ho kruhovým držiakom hlavy.

Krok 19: Hlava 3

Teraz pomocou štyroch skrutiek pripevnite základnú platformu hlavy robota na otočný mechanizmus s kruhovým krkom z predchádzajúceho kroku.

Krok 20: Hlava 4

Pripojte ďalšie štandardné servo k základnej platforme pomocou 4 skrutiek a 4 podložiek. Pripojte závesy naklápania hlavy k klaksónu serva. Zaistite, aby sa závesy naklápania hlavy mohli voľne otáčať.

Krok 21: Hlava 5

Upevnite držiak čelnej dosky telefónu na prednú stranu základnej platformy. Pripojte zadnú stranu držiaka čelnej dosky telefónu k závesom naklápania serva. Zaistite, aby sa hlava mohla otáčať dopredu a dozadu o 60 stupňov.

Krok 22: Hlava 6

Zasuňte 5,5-palcový telefón s Androidom do držiaka na tvár telefónu. (Tenký iPhone s rovnakými rozmermi by mal tiež poslúžiť. Telefóny s inými rozmermi neboli testované.)

Krok 23: Hlava 7

Zaistite polohu telefónu upevnením laserového diaľkomeru na ľavej strane tváre robota pomocou 2 skrutiek.

Krok 24: Hlava 8

Zasuňte 60 mm hliníkovú šesťhrannú tyč do spodnej časti krku robota. Tým je zostavenie hlavy robota ukončené.

Krok 25: Nohy 1

Teraz začíname s montážou nôh ASPIR. Na začiatku upevnite prednú a zadnú časť chodidla robota pomocou dvoch veľkých skrutiek. Zaistite, aby sa predná časť chodidla mohla voľne otáčať.

Krok 26: Nohy 2

Nasaďte 2 RC tlmiče na predné a zadné diely chodidla podľa obrázku. Noha by sa teraz mala ohnúť zhruba o 30 stupňov a odraziť sa.

Krok 27: Nohy 3

Začnite zostavovať členok s dvoma mimoriadne veľkými servami a upevnite ich spolu 4 skrutkami a 4 podložkami.

Krok 28: Nohy 4

Dokončite spojenie s druhým kusom členku a upevnite spojenie ďalšími 4 skrutkami a podložkami.

Krok 29: Nohy 5

Pripojte kus konektora nohy jednou veľkou skrutkou na zadnej strane a 4 malými skrutkami na servo klaksóne.

Krok 30: Nohy 6

Pripojte horný členkový konektor k zvyšku členkovej zostavy na druhom veľkom serve pomocou 4 malých skrutiek a jednej veľkej skrutky.

Krok 31: Nohy 7

Vložte dve šesťhranné tyče 210 mm do zostavy členka. Na druhom konci šesťhranných tyčí zasuňte spodný kolenný diel.

Krok 32: Nohy 8

Na koleno pripevnite extra veľké servo 4 skrutkami a 4 podložkami.

Krok 33: Nohy 9

Pripojte hornú časť kolena k veľkému servomotoru kolena pomocou 4 malých skrutiek a 1 veľkej skrutky.

Krok 34: Nohy 10

Na kolennú zostavu nasaďte ďalšie dve 210 mm šesťhranné tyče.

Krok 35: Nohy 11

Začnite stavbu stehna vložením adaptéra 5V10A do dvoch kusov držiaka napájacieho adaptéra.

Krok 36: Nohy 12

Zasuňte stehennú zostavu do 2 šesťhranných tyčí na hornej časti nohy robota.

Krok 37: Nohy 13

Zaistite stehno na mieste zasunutím kĺbového dielu do závesu na 2 šesťhranné tyče na hornej časti nohy.

Krok 38: Nohy 14

Začnite zostavu bedrového kĺbu pripojením veľkej kruhovej hlavy k klaksónu veľkého servomotora.

Krok 39: Nohy 15

Nasuňte držiak bedrového serva na veľký servomotor a upevnite 4 skrutky pomocou 4 podložiek.

Krok 40: Nohy 16

Zasuňte zostavu bedrového serva do druhého bedrového dielu, aby sa otočný kĺb mohol otáčať. Tento kus pripevnite na miesto 4 skrutkami.

Krok 41: Nohy 17

Pripojte ďalšie veľké servo k zostave bokov pomocou 4 skrutiek a 4 podložiek.

Krok 42: Nohy 18

Upevnite časť držiaka serva na hornú časť nohy pomocou 4 skrutiek na kruhový otočný kĺb.

Krok 43: Nohy 19

Mimoriadne veľké servo pripevnite na veľký diel držiaka serva z predchádzajúceho kroku pomocou 4 skrutiek a 4 podložiek.

Krok 44: Nohy 20

Pripojte kompletnú bedrovú zostavu k zvyšku zostavy nohy v kĺbovej časti kĺbu hornej časti nohy. Upevnite ho 4 malými skrutkami a jednou veľkou skrutkou.

Krok 45: Nohy 21

Pripojte zostavu nohy k spodnému koncu zvyšku zostavy nôh a zaistite ju 6 skrutkami. Teraz ste s montážou nôh zatiaľ hotoví. Opakovaním krokov 25-45 vytvorte druhú nohu, aby ste pre robota ASPIR mali pravé aj ľavé nohy.

Krok 46: Hrudník 1

Zostavu hrudníka začnite upevnením veľkých kruhových servo rohov na ľavej a pravej strane veľkej časti panvy.

Krok 47: Hrudník 2

Nasaďte štyri 120 mm šesťhranné tyče na panvovú časť.

Krok 48: Hrudník 3

Nasuňte dosku držiaka Arduino na zadné dve šesťhranné tyče. Nasaďte spodný kus trupu na štyri šesťhranné tyče.

Krok 49: Hrudník 4

Na spodnú časť trupu pripevnite mimoriadne veľké servo a pripevnite ho na svoje miesto 4 skrutkami a 4 podložkami.

Krok 50: Hrudník 5

Pripojte mimoriadne veľký kruhový servo roh na hornú časť trupu pomocou 4 skrutiek.

Krok 51: Hrudník 6

Na zadnú časť horného dielu trupu pripevnite kryt zadného vypínača pomocou 5 skrutiek.

Krok 52: Hrudník 7

3 skrutkami pripevnite držiak webovej kamery k prednej časti zostavy horného trupu.

Krok 53: Hrudník 8

Vložte webovú kameru USB do držiaka webovej kamery.

Krok 54: Hrudník 9

Pripojte zostavu horného trupu k spodnej časti trupu v extra veľkom servo klaksóne.

Krok 55: Hrudník 10

Pripojte Arduino Mega 2560 k zadnej doske Arduino pomocou 4 skrutiek a 4 rozperiek.

Krok 56: Hrudník 11

Pripojte servo štít Arduino Mega priamo na vrch Arduino Mega 2560.

Krok 57: Zlúčenie 1

Pripojte zostavu hlavy k zostave trupu medzi šesťhrannú tyč krku a hornú časť trupu.

Krok 58: Zlúčenie 2

Spojte zostavy ľavej a pravej a ľavej ruky so zvyškom zostavy trupu v šesťhranných tyčiach ramena.

Krok 59: Zlúčenie 3

Upevnite RC tlmiče pod šesťhranné spojenia oboch ramien. Uistite sa, že sa ramenná zostava môže ohnúť asi o 30 stupňov von.

Krok 60: Zlúčenie 4

Spojte ľavú a pravú nohu k zvyšku zostavy trupu vo veľkých bedrových servách. Na zaistenie čapových spojov použite veľké skrutky.

Krok 61: Zapojenie 1

Na zadnú stranu robota pripevnite 4-portový USB rozbočovač priamo nad servo štít Arduino Mega.

Krok 62: Zapojenie 2

Začnite zapojením všetkých 33 serva k servo štítu Arduino Mega Servo pomocou predlžovacích káblov. Pripojte laserový diaľkomer z hlavy robota aj na servo štít Arduino Mega. Na organizáciu vodičov odporúčame použiť štandardné káblové zväzky.

Krok 63: Zapojenie 3

Nakoniec dokončite zapojenie pripojením zariadenia Arduino Mega, telefónu s Androidom a webovej kamery k 4-portovému rozbočovaču USB pomocou štandardných káblov USB. Pripojte predlžovací kábel USB, aby sa predĺžila dĺžka 4-portového zdroja USB Hub.

Krok 64: Mušle 1

Začnite získavať škrupiny hlavy upevnením spojovacích dosiek na vnútornej strane zadnej časti škrupiny hlavy robota.

Krok 65: Mušle 2

Pripevnite prednú časť plášťa robota k držiaku telefónnej dosky. Upevnite ho 4 skrutkami.

Krok 66: Mušle 3

Naskrutkujte zadnú časť škrupiny robota na prednú časť škrupiny robota.

Krok 67: Mušle 4

Pripojte zadnú časť krku k zostave krku robota. Dbajte na to, aby drôtiky krku dobre zapadli dovnútra.

Krok 68: Mušle 5

Pripojte predný plášťový diel krku k zostave krku robota. Dbajte na to, aby drôtiky na krk dobre zapadli dovnútra.

Krok 69: Mušle 6

Pre každé z ľavých a pravých dolných ramien naskrutkujte zadný diel spodného ramena.

Krok 70: Mušle 7

Na každé z ľavých a pravých dolných ramien naskrutkujte predný diel spodného ramena. Uistite sa, že vodiče ramena dobre priliehajú.

Krok 71: Mušle 8

Na každé ľavé a pravé nadlaktie naskrutkujte zadný diel škrupiny nadlaktia. Uistite sa, že vodiče ramena dobre priliehajú.

Krok 72: Mušle 9

Na každé ľavé a pravé spodné rameno naskrutkujte predný diel nadlaktia. Uistite sa, že vodiče ramena dobre priliehajú.

Krok 73: Mušle 10

Na každú ľavú a pravú dolnú časť nohy naskrutkujte zadný diel škrupiny spodnej časti nohy. Uistite sa, že nožné drôty dobre priliehajú.

Krok 74: Mušle 11

Na každú ľavú a pravú dolnú časť nohy naskrutkujte prednú časť škrupiny spodnej časti nohy. Uistite sa, že nožné drôty dobre priliehajú.

Krok 75: Mušle 12

Na každú ľavú a pravú hornú časť nohy naskrutkujte prednú časť plášťa hornej časti nohy na stehná držiaka napájacieho adaptéra. Uistite sa, že nožné drôty dobre priliehajú.

Krok 76: Mušle 13

Na každú ľavú a pravú hornú časť nohy naskrutkujte zadnú časť škrupiny hornej časti nohy na stehná držiaka napájacieho adaptéra. Uistite sa, že nožné drôty dobre priliehajú.

Krok 77: Mušle 14

Na prednú a zadnú časť dolného trupu robota ASPIR pripevnite predný plášť. Keď ste hotoví, naskrutkujte aj zadnú časť spodnej časti trupu.

Krok 78: Mušle 15

Pripojte predný horný diel škrupiny trupu k prednej časti hrudníka robota ASPIR tak, aby webová kamera trčala do stredu trupu. Keď ste hotoví, naskrutkujte zadnú časť horného plášťa trupu na zadnú stranu hrudníka robota ASPIR.

Krok 79: Dokončenie dotykov

Zaistite, aby boli skrutky pekné a pevné a aby drôty dobre zapadli do všetkých škrupinových dielov. Ak sa zdá, že je všetko správne zapojené, vyskúšajte každé zo servov pomocou príkladu Arduino Servo Sweep na každom z pinov. (Poznámka: Dávajte si veľký pozor na každý zo serva, pretože nie všetky serva môžu kvôli svojmu usporiadaniu otáčať o 0-180 stupňov.)

Krok 80: Záver

A tu to máte! Váš vlastný trojrozmerne vytlačený humanoidný robot v plnej veľkosti, postavený na niekoľko mesiacov vašej dobrej a tvrdej práce. (Pokračujte a poklepkajte sa po balíčku pár tisíckrát. Zarobili ste to.)

Teraz môžete s humanoidnými robotmi robiť čokoľvek, čo sú dopredu mysliaci inžinieri, vynálezcovia a inovátori ako vy. Možno chcete, aby bol ASPIR robotickým priateľom, ktorý vám bude robiť spoločnosť? Možno chceš robotického študijného kamaráta? Alebo sa možno chcete pokúsiť vybudovať armádu týchto strojov, aby ste dobyli svet ako dystopický zlý šialený vedec, o ktorom viete, že ste? (Kým bude pripravený na vojenské nasadenie, bude potrebovať niekoľko vylepšení …)

Na mojom súčasnom softvéri, ktorý by robotu robil tieto práce, sa momentálne pracuje a určite bude chvíľu trvať, kým bude pripravený. Vzhľadom na svoj prototypový charakter si všimnite, že súčasný dizajn ASPIR je veľmi obmedzený svojimi schopnosťami; určite to nie je dokonalé, ako je to teraz a pravdepodobne nikdy nebude. Ale to je v konečnom dôsledku dobré - ponecháva to veľa priestoru na zlepšovanie, úpravy a rozvoj pokroku v oblasti robotiky s výskumom, ktorý môžete skutočne nazvať vlastným.

Ak sa rozhodnete tento projekt ďalej rozvíjať, dajte mi prosím vedieť! Rád by som videl, čo sa dá z tohto projektu urobiť. Ak máte ďalšie otázky, obavy alebo pripomienky k tomuto projektu alebo k tomu, ako by som sa mohol zlepšiť, rád by som počul vaše myšlienky. V každom prípade dúfam, že sa vám páčilo riadiť sa týmto návodom rovnako, ako som ho písal. Teraz choďte a robte skvelé veci!

Excelsior, -John Choi

Druhá cena v súťaži Make It Move 2017