ASPIR: Humanoidni robot v 3D velikosti v polni velikosti: 80 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Avtonomni robot za podporo in pozitivno navdihovanje (ASPIR) je odprtokodni humanoidni robot v polni velikosti, 4,3 ft, ki ga lahko natisne vsakdo z dovolj zagona in odločnosti.

Kazalo Ta masivni 80-stopenjski Instructable smo razdelili v 10 enostavno berljivih poglavij, ki so spodaj povezana za vaše lažje branje:

1. Uvod
2. Deli
3. Roke
4. Glava
5. Noge
6. Prsni koš
7. Združevanje
8. Ožičenje
9. Školjke
10. Zaključek

Opombe: To je zelo napreden in velik projekt Instructables! Preden se lotite tega projekta, vam priporočamo, da imate izkušnje s 3D-tiskanjem. Predviden čas gradnje bo več mesecev z ocenjenimi stroški gradnje približno 2500 USD (ti stroški so lahko nižji ali višji, odvisno od tega, katere dobavitelje uporabljate in katere dele že imate). Upoštevajte, da ta Instructable zajema samo konstrukcijo strojne opreme in ne programske opreme (ta je trenutno v razvoju). S tem rečeno, polna hitrost in veliko sreče!

Korak: O programu ASPIR

ASPIR je duhovni naslednik Halleyja, Ambassador Robot 001 (2015), priljubljenega poceni, odprtokodnega, 2,6-metrskega lasersko izrezanega humanoidnega robota. Med predstavitvijo Halleyjevega robota smo ugotovili, da so humanoidni roboti odlični v pogledu na ljudi in izzovejo družbeno-čustvene odzive človeških gledalcev. V prodaji je veliko humanoidnih robotov, vendar vsi resnično spadajo v samo dve kategoriji: cenovno ugodni roboti za hobije, ki so visoki manj kot 2 čevlji, in humanoidni roboti v polni velikosti ter raziskovalne kakovosti, ki stanejo več kot novi športni avtomobili. Želeli smo združiti najboljše iz obeh svetov s cenovno ugodnim, odprtokodnim humanoidnim robotom v polni velikosti. Tako se je rodil projekt ASPIR.

(P. S. Najlepša hvala kanadskemu Daily Planetu Discovery Channel za produkcijo videa!: D)

2. korak: O nas

Choitek je napredno izobraževalno tehnološko podjetje, ki si prizadeva današnje študente pripraviti, da bodo umetniki, inženirji in podjetniki jutrišnjega dne, z izgradnjo največjih, najdrznejših in neverjetno osupljivih robotov za poučevanje in navdihovanje. Smo strastni člani odprtokodne skupnosti in verjamemo, da je učenje maksimalno v dobro vseh, če ne obstajajo lastniške črne skrinjice, ki bi skrivale in prikrivale tehnologijo. Upamo, da se nam boste s tem pridružili v tej vznemirljivi pustolovščini, da skupaj gradimo prihodnost robotike.

(Opomba: naše podjetje trenutno raziskuje, kako lahko s pomočjo humanoidnih robotov, kot je ASPIR, navdihne več deklet v STEM. Če vas zanima sodelovanje z nami, nam to sporočite!)

3. korak: Posebna hvala

Projekt ASPIR je omogočen z velikodušno podporo STUDIO Frank-Ratchye za ustvarjalno poizvedovanje Univerze Carnegie Mellon:

"Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry je prilagodljiv laboratorij za nove načine umetnostnega raziskovanja, produkcije in predstavitve. Ustanovljen leta 1989 v okviru Visoke šole za likovno umetnost na Univerzi Carnegie Mellon (CMU), STUDIO služi kot mesto za hibridna podjetja na univerzi CMU, v regiji Pittsburgh in na mednarodni ravni. Naš trenutni poudarek na umetnosti novih medijev temelji na več kot dveh desetletjih izkušenj z gostovanjem interdisciplinarnih umetnikov v okolju, ki ga bogatijo vrhunski znanstveni in inženirski oddelki., STUDIO ponuja priložnosti za učenje, dialog in raziskovanje, ki vodijo do inovativnih prebojev, novih politik in redefiniranja vloge umetnikov v hitro spreminjajočem se svetu."

4. korak: Servomotorji, servomotorji, servomotorji

S 6 super velikimi servomotorji na vsako nogo, 4 standardnimi servomotorji z visokim navorom za vsako roko, 5 mikro servomotorji s kovinskimi zobniki za vsako roko in 2 dodatnima standardnima servomotorjema za mehanizem premikanja/nagibanja glave se pogoni robota ASPIR premikajo z osupljivih skupaj 33 stopinj svobode. Za vašo referenco smo vključili vzorčne referenčne povezave do različnih servomotorjev, ki jih boste potrebovali za izdelavo robota ASPIR:

• 10x mikro servomotorji Metal Gear
• 10x standardni servomotorji z visokim navorom
• 13x super-veliki servomotorji z velikim navorom

(Opomba: Stroški in kakovost servo so zelo različni, odvisno od dobavitelja, ki ga uporabljate. Za pomoč smo vam pripravili nekaj vzorčnih povezav.)

5. korak: Elektronika, elektronika, elektronika

Poleg 33 servo motorjev z visokim navorom boste potrebovali tudi različne druge elektronske komponente za krmiljenje in napajanje robota ASPIR. Za vašo referenco smo vključili vzorčne referenčne povezave do drugih elektronskih in mehanskih komponent, ki jih boste potrebovali za izdelavo robota ASPIR:

• 1x spletna kamera USB
• 1x 4-vhodno USB zvezdišče
• 1x laserski daljinomer
• 8x RC amortizerji
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega servo ščit
• 5,5-palčni pametni telefon Android
• 50x servo podaljševalni kabli
• 2x 5V 10A napajalniki
• 8x 210 mm x 6 mm aluminijaste šestkotne palice
• 4x 120 mm x 6 mm aluminijaste šesterokotne palice
• 4x 100 mm x 6 mm aluminijaste šesterokotne palice
• 2x 75 mm x 6 mm aluminijaste šesterokotne palice
• 1x 60 mm x 6 mm aluminijaste šesterokotne palice

(Opomba: Čeprav bodo ti deli, navedeni na zgornjih povezavah, elektronsko združljivi, ne pozabite, da se natančne dimenzije CAD, potrebne za prilagoditev nekaterih elektronskih in mehanskih delov, lahko razlikujejo glede na komponento.)

6. korak: 300 ur 3D tiskanja

Kot smo že omenili v uvodu, je ASPIR super obsežno prizadevanje za 3D tiskanje. Z več kot 90 deli za tiskanje bo predviden skupni ocenjeni čas tiskanja z uporabo standardnih 3D ekstrudiranja filamentov, polnila in višine plasti nekje na približno 300 urah. To bo verjetno porabilo 5 zvitkov 1 kg (2,2 lb) filamenta, ne upoštevajoč napak pri tiskanju in ponovnih poskusov (Robo3D PLA zvitke smo uporabili za vse naše potrebe 3D tiskanja). Upoštevajte tudi, da boste potrebovali velik 3D -tiskalnik z najmanjšo velikostjo vgradne plošče 10x10x10in (250x250x250mm), na primer Lulzbot TAZ 6 za nekatere večje 3D -tiskane kose robota ASPIR. Tu so vse datoteke, ki jih boste potrebovali za 3D -tiskanje:

• Roka leva
• Roka desno
• Telo
• Noga
• Roka
• Glava
• Noga levo
• Noga desno
• Vrat
• Školjke

Ko dobite vse dele, začnimo

7. korak: Roke 1

Za začetek bomo začeli z našimi 3D natisnjenimi rokami. Te roke so posebej oblikovane tako, da so prilagodljive tudi pri tiskanju s PLA. Na roko 3D natisnjeno pritrdite 5 mikro servomotorjev, po enega za vsak prst.

8. korak: Roke 2

Zdaj zapestni kos pritrdite na roko z dvema vijakoma. Nato vstavite 100 mm aluminijasto šesterokotno palico v zapestni del.

9. korak: Roke 3

Če tega še niste storili, pojdite naprej in napeljite vrvico na rogove mikro serva s sprednjimi robami na vsakem od prstov. Na vsakem od prstov obvezno privežite trden vozel in zmanjšajte naklon strune tako, da tesno povežete med mikro servo rog, vrvico in čelnim robom na vsakem prstu.

10. korak: Roke 4

Nadaljujte z izdelavo rok tako, da pritrdite spodnji del roke na konec šesterokotne palice. Na spodnji del roke pritrdite standardni servomotor in ga pritrdite s 4 vijaki in podložkami.

11. korak: Roke 5

Sestavljanje roke nadaljujte tako, da pritrdite del tečaja servo roga na spodnjo roko in ga pritrdite s 4 vijaki.

12. korak: Roke 6

Sedaj raztegnite nadlaket tako, da vstavite še eno 100 -milimetrsko aluminijasto šesterokotno palico v tečajni spoj in pritrdite še en 3d natisnjen tečajni spoj na drugi konec 100 -milimetrske aluminijaste šesterokotne palice.

13. korak: Roke 7

Zdaj sestavljamo ramenski sklep. Začnite tako, da primete še en standardni servo in ga pritrdite na prvi del rame s 4 vijaki in 4 podložkami.

14. korak: Roke 8

Zarežite in pritrdite ramenski sklop na ostale dele ramen. Spodnji krožni del se mora vrteti na osi gonila servomotorja.

Korak 15: Roke 9

Ramenski sklop povežite s servo motorjem nadlakti z zadnjim delom rame s 4 dodatnimi vijaki.

16. korak: Roke 10

Kombinirajte ramenski sklop s sklopom spodnje/nadlakti na mestu vrtenja na vrhu sklopa roke. Deli se morajo spojiti na tečajnem sklepu nadlakti. S tem se sestavljanje roke ASPIR zaključi.

(Opomba: ponoviti morate vseh deset korakov za sklop roke za drugo roko, saj ima ASPIR dve roki, levo in desno.)

17. korak: Glava 1

Zdaj sestavljamo glavo ASPIR. Začnite s pritrditvijo standardnega servomotorja na vrat robota s 4 vijaki in 4 podložkami.

18. korak: Glava 2

Tako kot prejšnji sklop vrtljive rame pritrdite vrtljivo krožno glavo na standardni servo rog in jo pritrdite z držalom krožne glave.

19. korak: Glava 3

Sedaj s štirimi vijaki pritrdite osnovno platformo robotove glave na okrogel mehanizem vrtenja vratu iz prejšnjega koraka.

20. korak: Glava 4

Na osnovno ploščad pritrdite še en standardni servomotor s 4 vijaki in 4 podložkami. Na servo rog pritrdite nagibne glave. Prepričajte se, da se lahko nagibne glave prosto vrtijo.

21. korak: Glava 5

Nosilec sprednje strani telefona pritrdite na sprednjo stran osnovne ploščadi. Zadnji del nosilca sprednje plošče telefona priključite na servo nagibne spone. Prepričajte se, da se glava lahko vrti naprej in nazaj za 60 stopinj.

Korak: Glava 6

5,5-palčni telefon Android potisnite v držalo za obraz telefona. (Tudi tanek iPhone z enakimi dimenzijami bi moral pomagati. Telefoni drugih dimenzij niso bili preizkušeni.)

23. korak: Glava 7

Položaj telefona zavarujte tako, da laserski daljinomer pritrdite na levo stran obraza robota z 2 vijakoma.

Korak: Glava 8

Vstavite 60 mm aluminijasto šesterokotno palico v spodnji del vratu robota. S tem se sestava glave robota zaključi.

Korak 25: Noge 1

Zdaj začenjamo sestavljanje nog ASPIR. Za začetek pritrdite robotove prednje in zadnje noge skupaj z dvema velikima vijakoma. Prepričajte se, da se lahko sprednji del stopala prosto vrti.

Korak 26: Noge 2

Na sprednji in zadnji del stopala pritrdite 2 amortizerja RC, kot je prikazano. Nožni del se mora zdaj upogniti za približno 30 stopinj in odskočiti.

Korak 27: Noge 3

Začnite sestavljati gleženj z dvema zelo velikima servomotorjema in ju pritrdite skupaj s 4 vijaki in 4 podložkami.

28. korak: Noge 4

Dokončajte povezavo z drugim koščkom gležnja in jo pritrdite s še 4 vijaki in podložkami.

29. korak: Noge 5

Pritrdite del nožnega priključka z enim velikim vijakom na hrbtni strani in 4 majhnimi vijaki na servo rog.

30. korak: Noge 6

Priključite zgornji konektor za gleženj na preostali del gležnja na drugem velikem servomotorju s 4 majhnimi vijaki in enim velikim vijakom.

31. korak: Noge 7

Na sklop gležnja vstavite dve šesterokotni palici velikosti 210 mm. Na drugem koncu šestkotnih palic zarežite spodnji del kolena.

32. korak: Noge 8

Na koleno pritrdite zelo velik servomotor s 4 vijaki in 4 podložkami.

33. korak: Noge 9

Zgornji del kolena povežite s kolenskim velikim trupom servo motorja s 4 majhnimi vijaki in 1 velikim vijakom.

Korak 34: Noge 10

Na kolenski sklop vstavite še dve 210 mm šestkotni palici.

35. korak: Noge 11

Začnite gradnjo stegna z vstavitvijo napajalnika 5V10A v dva dela nosilca napajalnika.

Korak 36: Noge 12

Stegno potisnite v 2 šesterokotni palici na robotovi zgornji nogi.

Korak 37: Noge 13

Stegno zaklenite tako, da zložite del tečaja na 2 šestkotni palici na zgornji nogi.

Korak 38: Noge 14

Montažo kolčnega sklepa začnite tako, da veliko okroglo glavo povežete s hupo velikega servo motorja.

Korak 39: Noge 15

Držalo servo kolka potisnite na velik servo motor in pritrdite 4 vijake s 4 podložkami.

40. korak: Noge 16

Potisnite servo sklop kolka v drugi del kolka, da se vrtilni zgib lahko zavrti. Ta del pritrdite s 4 vijaki.

41. korak: Noge 17

Na bočni sklop pritrdite še en velik servomotor s 4 vijaki in 4 podložkami.

42. korak: Noge 18

Pritrdite servo držalo zgornjega dela noge s 4 vijaki na krožni vrtljivi spoj.

43. korak: Noge 19

Izjemno velik servomotor pritrdite na servo držalo za zgornji del velikega dela iz prejšnjega koraka s 4 vijaki in 4 podložkami.

44. korak: Noge 20

Dokončan sklop kolka povežite s preostalim delom noge na sklepu tečaja zgornje noge. Pritrdite ga s 4 majhnimi vijaki in enim velikim vijakom.

Korak 45: Noge 21

Nožni sklop priključite na spodnji konec preostalega dela sklopa nog in ga pritrdite s 6 vijaki. Sedaj ste končali s sestavljanjem nog. Ponovite korake 25-45, da ustvarite drugo nogo, tako da imate tako desno kot levo nogo za robota ASPIR.

46. korak: Skrinja 1

Sklop prsnega koša začnite tako, da pritrdite velike okrogle servo rogove na levi in desni strani velikega dela medenice.

Korak 47: Skrinja 2

Na del medenice vstavite štiri 120 -milimetrske palice.

Korak 48: Skrinja 3

Držalo Arduino potisnite na zadnji dve šesterokotni palici. Spodnji del trupa namestite na štiri šesterokotne palice.

49. korak: Skrinja 4

Na spodnji del trupa pritrdite izredno velik servo in ga pritrdite s 4 vijaki in 4 podložkami.

50. korak: Skrinja 5

Na zgornji del trupa s 4 vijaki priključite zelo velik krožni servo rog.

51. korak: skrinja 6

Na zadnjo stran zgornjega dela trupa pritrdite zaščitni del zadnjega stikala s 5 vijaki.

Korak: Skrinja 7

Nosilec spletne kamere pritrdite na sprednji del zgornjega dela trupa s tremi vijaki.

Korak: Skrinja 8

Spletno kamero USB vstavite v nosilec spletne kamere.

Korak 54: Skrinja 9

Priključite zgornji sklop trupa s spodnjim delom trupa na zelo velik servo rog.

Korak 55: Skrinja 10

Arduino Mega 2560 pritrdite na zadnjo ploščo Arduino s 4 vijaki in 4 distančniki.

Korak 56: Skrinja 11

Priključite servo ščit Arduino Mega neposredno na Arduino Mega 2560.

57. korak: Združitev 1

Sklop glave s trupom povežite med šestkotno palico vratu in zgornjim delom trupa.

Korak 58: Združitev 2

Združite sklope levega, desnega in levega roka s preostalim delom trupa pri šesterokotnih palicah ramen.

Korak 59: Združitev 3

Pritrdite amortizerje RC pod obema priključkoma šesterokotne palice. Prepričajte se, da se ramenski sklop lahko upogne za približno 30 stopinj navzven.

Korak 60: Združitev 4

Levo in desno nogo združite s preostalim delom trupa pri velikih servomotorjih za kolke. Za pritrditev vrtilnih spojev uporabite velike vijake.

Korak 61: Ožičenje 1

Na zadnji strani robota priključite 4-vmesno USB zvezdišče neposredno nad Arduino Mega Servo Shield.

Korak 62: Ožičenje 2

Začnite ožičenje vseh 33 servomotorjev na Arduino Mega Servo Shield z uporabo servo podaljševalnih kablov. Laserski daljinomer povežite tudi z robotove glave na Arduino Mega Servo Shield. Priporočamo uporabo standardnih kabelskih vezi za pomoč pri organizaciji žic.

Korak: Ožičenje 3

Končno dokončajte ožičenje tako, da s standardnimi kabli USB povežete Arduino Mega, telefon Android in spletno kamero na 4-vratno zvezdišče USB. Priključite podaljšek USB, da podaljšate dolžino 4-vratnega vira USB Hub.

Korak 64: Lupine 1

Začnite pridobivati lupine glave tako, da pritrdite priključne plošče na notranji strani robotove lupine.

Korak 65: Lupine 2

Robotov prednji del lupine pritrdite na držalo za telefonsko ploščo. Pritrdite ga s 4 vijaki.

Korak 66: Lupine 3

Privijte robotov zadnji del lupine glave na robotov sprednji del lupine.

Korak 67: Lupine 4

Priključite zadnji del lupine vratu na sklop robotovega vratu. Prepričajte se, da so žice vratu tesno pritrjene v notranjost.

Korak 68: Lupine 5

Priključite sprednji del vratu na sklop robotovega vratu. Prepričajte se, da so žice vratu tesno pritrjene v notranjost.

Korak 69: Lupine 6

Za vsako levo in desno spodnjo roko privijte zadnji del spodnje roke.

70. korak: Lupine 7

Za vsako levo in desno spodnjo roko privijte sprednji del spodnje roke. Prepričajte se, da so žice roke tesno pritrjene.

Korak 71: Lupine 8

Za vsako levo in desno nadlaket privijte del lupine zadnje nadlakti. Prepričajte se, da so žice roke tesno pritrjene.

Korak 72: Lupine 9

Za vsako levo in desno spodnjo roko privijte sprednji del lupine nadlakti. Prepričajte se, da so žice roke tesno pritrjene.

Korak 73: Lupine 10

Za vsako levo in desno spodnjo nogo privijte zadnji del spodnjega dela noge. Prepričajte se, da so žice za noge tesno pritrjene.

Korak 74: Lupine 11

Za vsako levo in desno spodnjo nogo privijte sprednji del spodnjega dela noge. Prepričajte se, da so žice za noge tesno pritrjene.

Korak 75: Lupine 12

Za vsako levo in desno zgornjo nogo privijte sprednji del lupine zgornjega dela noge na stegna nosilca napajalnika. Prepričajte se, da so žice za noge tesno pritrjene.

Korak 76: Lupine 13

Za vsako levo in desno zgornjo nogo privijte zadnjico zgornjega dela noge na stegna nosilca napajalnika. Prepričajte se, da so žice za noge tesno pritrjene.

Korak 77: Lupine 14

Za sprednji in zadnji del spodnjega trupa robota ASPIR pritrdite sprednji del lupine. Ko končate, privijte tudi zadnji del spodnjega dela trupa.

Korak 78: Lupine 15

Sprednji del zgornjega dela trupa pritrdite na sprednji del prsnega koša robota ASPIR, tako da spletna kamera izstopi v sredino trupa. Ko končate, privijte zadnji del zgornjega dela trupa na zadnjo stran prsi robota ASPIR.

Korak 79: Zaključni dotiki

Prepričajte se, da so vijaki lepi in tesni ter da so žice tesno nameščene v vseh delih lupine. Če se zdi, da je vse pravilno priključeno, preizkusite vsak servo z uporabo Arduinovega servo pometanja na vsakem zatiču. (Opomba: Bodite pozorni na vsakega servo območja, saj vsi servomotorji zaradi svoje razporeditve ne morejo obračati polnih 0-180 stopinj.)

80. korak: Zaključek

In tu ste! Vaš lastni humanoidni robot v 3D velikosti, natisnjen v 3D, zgrajen z več meseci vašega dobrega in trdega dela. (Pojdi in se nekaj tisočkrat potapljaj po paketu. Zaslužil si je.)

Zdaj lahko s humanoidnimi roboti delate karkoli inženirjev, izumiteljev in inovatorjev, ki razmišljajo naprej. Morda želite, da bi bil ASPIR robotski prijatelj, ki bi vam delal družbo? Morda želite robotskega prijatelja za študij? Ali pa bi morda želeli zgraditi vojsko teh strojev, da bi osvojili svet kot distopijski hudobni nori znanstvenik, za katerega veste, da ste? (Preden bo pripravljen za vojaško razmestitev, bo potreboval kar nekaj izboljšav …)

Moja trenutna programska oprema, s katero robot počne te stvari, je trenutno v pripravi in zagotovo bo minilo še nekaj časa, preden bo popolnoma pripravljen za uporabo. Zaradi svoje prototipske narave upoštevajte, da je trenutna zasnova ASPIR zelo omejena v svojih zmogljivostih; zagotovo ni tako popolno kot zdaj in verjetno ne bo nikoli. Toda to je na koncu dobra stvar - to pušča veliko prostora za izboljšave, spremembe in razvoj na področju robotike z raziskavami, ki jih lahko resnično poimenujete svoje.

Če se odločite za nadaljnji razvoj tega projekta, mi to sporočite! Zelo bi rad videl, kaj lahko naredite s tem projektom. Če imate še kakšna vprašanja, pomisleke ali pripombe o tem projektu ali o tem, kako bi ga lahko izboljšal, bi rad slišal vaše misli. Vsekakor upam, da ste uživali v tem navodilu, kot sem ga jaz pisal. Zdaj pa pojdi naprej in delaj velike stvari!

Excelsior, -John Choi

Druga nagrada na tekmovanju Make it Move 2017