ASPIR: Humanoidni robot pune veličine 3D ispisan: 80 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Autonomni robot za podršku i pozitivno nadahnuće (ASPIR) humanoidni je robot pune veličine, otvorenog koda od 4,3 stopa otvorenog koda s 3D ispisom kojeg svatko može izgraditi s dovoljno pogona i odlučnosti.

Sadržaj Razdvojili smo ovaj masivni Instructable u 80 koraka na 10 poglavlja koja se lako čitaju u nastavku kako bismo vam olakšali čitanje:

1. Uvod
2. Dijelovi
3. Oružje
4. Glava
5. Noge
6. Škrinja
7. Spajanje
8. Ožičenje
9. Školjke
10. Zaključak

Napomene: Ovo je vrlo napredan i veliki projekt Instructables! Preporučujemo da prije početka ovog projekta imate značajno iskustvo s 3D ispisom. Očekivano vrijeme izgradnje bit će nekoliko mjeseci s procijenjenim troškovima izgradnje od otprilike 2500 USD (ovi troškovi mogu biti niži ili veći, ovisno o dobavljačima koje koristite i dijelovima koje već imate). Imajte na umu da ovaj Instructable pokriva samo hardversku konstrukciju, a ne i softver (ovo je trenutno u razvoju). Uz to, punom parom naprijed i sretno!

Korak 1: O ASPIR -u

ASPIR je duhovni nasljednik Halleya, Ambassador Robot 001 (2015), popularnog jeftinog, otvorenog koda, lasersko izrezanog humanoida od 2,6 stopa. Tijekom predstavljanja Halley robota otkrili smo da humanoidni roboti izvrsno izgledaju kao ljudi i izazivaju društveno-emocionalne reakcije ljudskih gledatelja. U prodaji je mnogo humanoidnih robota, ali svi oni doista spadaju u samo dvije kategorije: pristupačni roboti za hobije koji su visoki manje od 2 metra, i humanoidni roboti u punoj veličini, koji koštaju više od novih sportskih automobila. Željeli smo spojiti najbolje iz oba svijeta uz pristupačnog, otvorenog koda humanoidnog robota u punoj veličini. Tako je nastao projekt ASPIR.

(P. S. Veliko hvala kanadskom Daily Planetu Discovery Channel na produkciji videa!: D)

Korak 2: O nama

Choitek je napredna obrazovna tehnološka tvrtka posvećena pripremanju današnjih studenata da postanu umjetnici, inženjeri i poduzetnici sutrašnjice izgradnjom najvećih, najhrabrijih i nevjerojatno strašnih robota za poučavanje i nadahnuće. Strastveni smo članovi zajednice otvorenog koda i vjerujemo da je učenje maksimalno za dobrobit svih ljudi kad ne postoje zaštićene crne kutije koje prikrivaju i prikrivaju tehnologiju. S obzirom na to, nadamo se da ćete nam se pridružiti u ovoj uzbudljivoj avanturi zajedničke izgradnje budućnosti robotike.

(Napomena: naša tvrtka trenutno istražuje kako bi otkrila kako se humanoidni roboti poput ASPIR -a mogu upotrijebiti za nadahnuće više djevojaka u STEM -u. Ako ste zainteresirani za suradnju s nama, slobodno nas obavijestite!)

Korak 3: Posebna hvala

Projekt ASPIR omogućen je uz velikodušnu podršku Frank-Ratchye STUDIO-a za kreativno istraživanje Sveučilišta Carnegie Mellon:

"Frank-Ratchye STUDIO za kreativno istraživanje fleksibilan je laboratorij za nove načine istraživanja umjetnosti, produkcije i prezentacije. Osnovan 1989. u okviru Visoke škole likovnih umjetnosti na Sveučilištu Carnegie Mellon (CMU), STUDIO služi kao mjesto za hibridna poduzeća u kampusu CMU-a, u regiji Pittsburgh i na međunarodnoj razini. Naš trenutni naglasak na umjetnosti novih medija temelji se na više od dva desetljeća iskustva u ugošćavanju interdisciplinarnih umjetnika u okruženju obogaćenom svjetskim klasama znanosti i inženjerskih odjela. Kroz naše rezidencijalne i terenske programe, STUDIO pruža mogućnosti za učenje, dijalog i istraživanje koje vode do inovativnih otkrića, novih politika i redefiniranja uloge umjetnika u svijetu koji se brzo mijenja."

Korak 4: Servomotori, servomotori, servomotori

Sa 6 mega-velikih servo servera velike veličine po svakoj nozi, 4 standardna servo servera visokog okretnog momenta za svaku ruku, 5 mikro servo servera s metalnim zupčanikom za svaku ruku i 2 dodatna standardna servo-a za mehanizam pomicanja/naginjanja glave, pokretači robota ASPIR kreću se s zapanjujućih ukupno 33 stupnja slobode. Za vašu referencu, uključili smo uzorke referentnih veza do različitih servomotora koji će vam trebati za izradu ASPIR robota:

• 10x mikro servo pogoni od metalne opreme
• 10x standardni servomotori velikog zakretnog momenta
• 13x super servo servera super visokog okretnog momenta

(Napomena: Cijena i kvaliteta servoa vrlo se razlikuju ovisno o dobavljaču kojeg koristite. Naveli smo neke uzorke veza koje će vam pomoći na tom putu.)

Korak 5: Elektronika, elektronika, elektronika

Osim 33 servomotora velikog zakretnog momenta, trebat će vam i niz drugih elektroničkih komponenti za upravljanje i napajanje robota ASPIR. Za vašu referencu, uključili smo uzorke referentnih veza na druge elektroničke i mehaničke komponente koje će vam trebati za izradu ASPIR robota:

• 1x USB web kamera
• 1x 4-portno USB čvorište
• 1x laserski daljinomer
• 8x RC amortizeri
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega servo štit
• 5,5-inčni Android pametni telefon
• 50x servo produžni kabeli
• 2x 5V 10A adapter za napajanje
• 8x 210 mm x 6 mm aluminijske šesterokutne šipke
• 4x 120 mm x 6 mm aluminijske šesterokutne šipke
• 4x 100 mm x 6 mm aluminijske šesterokutne šipke
• 2x 75mm x 6mm aluminijske šesterokutne šipke
• 1x 60mm x 6mm aluminijske šesterokutne šipke

(Napomena: Iako će ovi dijelovi navedeni na gornjim vezama biti elektronički kompatibilni, imajte na umu da se točne CAD dimenzije potrebne za prilagodbu određenih elektroničkih i mehaničkih dijelova mogu razlikovati ovisno o komponenti.)

Korak 6: 300 sati 3D ispisa

Kao što je ranije spomenuto u uvodu, ASPIR je super masivan poduhvat 3D ispisa. S više od 90 dijelova za ispis, očekuje se da će ukupno procijenjeno vrijeme ispisa pomoću standardne 3D ekstruzije filamenta, ispune i visine slojeva biti negdje na 300 sati. Ovo će vjerojatno potrošiti 5 rola niti od 1 kg (2,2 lb), ne uključujući greške u ispisu i ponovne pokušaje (Koristili smo Robo3D PLA role za sve naše potrebe 3D ispisa). Također imajte na umu da će vam trebati veliki 3D pisač s minimalnom veličinom izrađene ploče od 10x10x10in (250x250x250mm), kao što je Lulzbot TAZ 6 za neke veće 3D tiskane komade robota ASPIR. Evo svih datoteka koje su vam potrebne za 3D ispis:

• Ruka lijeva
• Ruka desno
• Tijelo
• Noga
• Ruka
• Glava
• Noga lijevo
• Noga desno
• Vrat
• Školjke

Kad dobijete sve dijelove, počnimo

Korak 7: Ruke 1

Za početak ćemo početi s našim 3D ispisanim rukama. Ove su ruke posebno dizajnirane da budu fleksibilne čak i pri ispisu s PLA. Priložite 5 mikro servo uređaja, po jedan za svaki prst na ruci s 3D printom.

Korak 8: Ruke 2

Sada pričvrstite ručni zglob na ruku s dva vijka. Zatim umetnite aluminijsku šesterokutnu šipku od 100 mm u ručni zglob.

Korak 9: Ruke 3

Ako to već niste učinili, idite naprijed i usmjerite žicu na trube mikro serva s prednjim rubovima na svakom prstu. Svakako zavežite čvrst čvor na svakom prstu i minimizirajte nagib žice tako da čvrsto povežete mikro servo trupu, žicu i prednji rub na svakom prstu.

Korak 10: Ruke 4

Nastavite s konstrukcijom ruku pričvršćivanjem donjeg dijela ruke na kraj šesterokutne šipke. Pričvrstite standardni servo na donji dio ruke i pričvrstite ga s 4 vijka i podloška.

Korak 11: Ruke 5

Nastavite sastavljanje ruke pričvršćivanjem dijela šarki servo roga na donji krak i pričvrstite ga s 4 vijka.

Korak 12: Ruke 6

Sada produžite nadlakticu tako što ćete umetnuti još jednu aluminijsku šesterokutnu šipku od 100 mm u zglobni zglob i pričvrstiti drugu 3d tiskanu šarku na drugom kraju aluminijske šesterokutne šipke od 100 mm.

Korak 13: Ruke 7

Sada sastavljamo rameni zglob. Počnite hvatajući još jedan standardni servo i pričvrstite ga na prvi dio ramena pomoću 4 vijka i 4 podloške.

Korak 14: Ruke 8

Prorežite i pričvrstite sklop ramena na ostale dijelove ramena. Donji kružni dio trebao bi se moći zakretati na osi zupčanika servo pogona.

Korak 15: Ruke 9

Spojite sklop ramena s servo motorom nadlaktice s posljednjim dijelom ramena s 4 dodatna vijka.

Korak 16: Ruke 10

Kombinirajte sklop ramena s donjim/gornjim dijelom ruke na mjestu zakretanja na vrhu sklopa ruke. Dijelovi se trebaju spojiti na zglobu nadlaktice. Time je sklop ruke ASPIR -a završen.

(Napomena: morat ćete ponoviti svih deset koraka za sklop ruke za drugu ruku, jer ASPIR ima dvije ruke, lijevu i desnu.)

Korak 17: Glava 1

Sada sastavljamo ASPIR -ovu glavu. Počnite s pričvršćivanjem standardnog servo uređaja na vrat robota s 4 vijka i 4 podloške.

Korak 18: Glava 2

Kao i prethodni sklop okretnog ramena, pričvrstite okretnu kružnu glavu na standardni servo -trubicu i pričvrstite je držačem kružne glave.

Korak 19: Glava 3

Sada pričvrstite osnovnu platformu glave robota na kružni mehanizam zakretanja vrata iz prethodnog koraka s četiri vijka.

Korak 20: Glava 4

Pričvrstite još jedan standardni servo pogon na osnovnu platformu s 4 vijka i 4 podloške. Spojite nagibne glave na servo -trubu. Provjerite mogu li se nagibne glave slobodno okretati.

Korak 21: Glava 5

Pričvrstite držač prednje ploče telefona na prednju stranu osnovne platforme. Spojite stražnju stranu držača prednje ploče telefona na servo nagibne spone. Pazite da se glava može okretati naprijed -natrag za 60 stupnjeva.

Korak 22: Glava 6

Gurnite 5,5-inčni Android telefon u držač za lice telefona. (Tanki iPhone istih dimenzija također bi trebao pomoći. Telefoni drugih dimenzija nisu testirani.)

Korak 23: Glava 7

Osigurajte položaj telefona pričvršćivanjem laserskog daljinomera na lijevu stranu lica robota s 2 vijka.

Korak 24: Glava 8

Umetnite aluminijsku šesterokutnu šipku 60 mm u dno vrata robota. Time je završena montaža glave robota.

Korak 25: Noge 1

Sada započinjemo montažu ASPIR -ovih nogu. Za početak, pričvrstite robotove prednje i stražnje dijelove stopala zajedno s dva velika vijka. Uvjerite se da se prednji dio stopala može slobodno vrtjeti.

Korak 26: Noge 2

Pričvrstite 2 RC amortizera na prednje i stražnje dijelove stopala kako je prikazano. Nožni dio sada bi se trebao saviti oko 30 stupnjeva i odskočiti.

Korak 27: Noge 3

Počnite sastavljati gležanj s dva iznimno velika servo motora i pričvrstite ih zajedno s 4 vijka i 4 podloške.

Korak 28: Noge 4

Dovršite vezu s drugim dijelom gležnja i pričvrstite vezu s još 4 vijka i podloška.

Korak 29: Noge 5

Pričvrstite dio nožne spojnice jednim velikim vijkom na stražnjoj strani i 4 mala vijka na servo trubi.

Korak 30: Noge 6

Pričvrstite gornji konektor za gležanj na ostatak sklopa gležnja na drugom velikom servo pogonu s 4 mala vijka i jednim velikim vijkom.

Korak 31: Noge 7

Umetnite dvije šesterokutne šipke od 210 mm u sklop gležnja. Na drugom kraju šesterokutnih šipki prorežite donji dio koljena.

Korak 32: Noge 8

Pričvrstite izuzetno veliki servo pogon na koljeno s 4 vijka i 4 podloške.

Korak 33: Noge 9

Spojite gornji dio koljena na veliku trupu servo motora koljena s 4 mala vijka i 1 velikim vijkom.

Korak 34: Noge 10

Umetnite još dvije šesterokutne šipke od 210 mm na sklop koljena.

Korak 35: Noge 11

Započnite izgradnju bedra umetanjem adaptera za napajanje 5V10A u dva dijela držača adaptera za napajanje.

Korak 36: Noge 12

Gurnite bedro u 2 šesterokutna šipka na robotovoj nozi.

Korak 37: Noge 13

Zaključajte bedro na njegovo mjesto tako što ćete zglobni dio šarki umetnuti na 2 šesterokutna šipka na natkoljenici.

Korak 38: Noge 14

Sklapanje zgloba kuka započnite spajanjem velike kružne glave na trubu velikog servo motora.

Korak 39: Noge 15

Gurnite držač servo kuka na veliki servo motor i pričvrstite 4 vijka s 4 podloške.

Korak 40: Noge 16

Gurnite servo sklop kuka u drugi dio kuka tako da se zakretni zglob može okretati. Pričvrstite ovaj komad na mjesto pomoću 4 vijka.

Korak 41: Noge 17

Pričvrstite još jedan veliki servo na sklop kuka s 4 vijka i 4 podloške.

Korak 42: Noge 18

Pričvrstite gornji dio držača servo držača s 4 vijka na kružni zglob.

Korak 43: Noge 19

Pričvrstite izuzetno veliki servo pogon na držač servo gornjeg dijela velikog dijela iz prethodnog koraka s 4 vijka i 4 podloške.

Korak 44: Noge 20

Spojite dovršeni sklop kuka na ostatak sklopa nogu na dijelu zgloba natkoljenice. Pričvrstite ga s 4 mala vijka i jednim velikim vijkom.

Korak 45: Noge 21

Spojite nožni sklop na donji kraj ostatka nožnog sklopa i pričvrstite ga sa 6 vijaka. Sada ste završili sa montažom nogu. Ponovite korake 25-45 da biste stvorili drugu nogu tako da imate desnu i lijevu nogu za robota ASPIR.

Korak 46: Škrinja 1

Sklop grudi započnite pričvršćivanjem velikih kružnih servo trupa na lijevu i desnu stranu velikog dijela zdjelice.

Korak 47: Škrinja 2

Umetnite četiri šesterokutne šipke od 120 mm u dio zdjelice.

Korak 48: Škrinja 3

Gurnite Arduino držač na stražnje dvije šesterokutne šipke. Postavite donji dio trupa na četiri šesterokutne šipke.

Korak 49: Škrinja 4

Pričvrstite iznimno veliki servo na donji dio trupa i pričvrstite ga s 4 vijka i 4 podloške.

Korak 50: Škrinja 5

Spojite iznimno veliku kružnu servo trubu na gornji dio trupa s 4 vijka.

Korak 51: Škrinja 6

Na stražnju stranu gornjeg dijela torza pričvrstite stražnji dio štitnika prekidača s 5 vijaka.

Korak 52: Škrinja 7

Pričvrstite držač web kamere na prednjoj strani gornjeg dijela torza s 3 vijka.

Korak 53: Škrinja 8

Umetnite USB web kameru u držač web kamere.

Korak 54: Škrinja 9

Spojite gornji sklop trupa s donjim sklopom trupa na iznimno veliku servo trubu.

Korak 55: Škrinja 10

Pričvrstite Arduino Mega 2560 na stražnju Arduino ploču s 4 vijka i 4 odstojnika.

Korak 56: Škrinja 11

Spojite Arduino Mega servo štit izravno na Arduino Mega 2560.

Korak 57: Spajanje 1

Spojite sklop glave sa sklopom trupa između šesterokutne šipke vrata i gornjeg dijela torza.

Korak 58: Spajanje 2

Spojite sklopove lijeve, desne i lijeve ruke s ostatkom trupa na šesterokutnim šipkama ramena.

Korak 59: Spajanje 3

Pričvrstite RC amortizere ispod oba priključka šesterokutne šipke. Pazite da se sklop ramena može saviti oko 30 stupnjeva prema van.

Korak 60: Spajanje 4

Spojite lijevu i desnu nogu zajedno s ostatkom trupa na velikim servo pogonima. Za pričvršćivanje zakretnih spojeva upotrijebite velike vijke.

Korak 61: Ožičenje 1

Na stražnjoj strani robota, priključite 4-portno USB čvorište izravno iznad Arduino Mega servo štita.

Korak 62: Ožičenje 2

Počnite ožičavati sva 33 serva na Arduino Mega servo štit pomoću produžnih kabela za servo. Također spojite laserski daljinomer s glave robota na Arduino Mega servo štit. Preporučujemo korištenje standardnih kabelskih vezica za lakše organiziranje žica.

Korak 63: Ožičenje 3

Konačno, dovršite ožičenje povezivanjem Arduino Mega, Android telefona i web kamere na 4-portno USB čvorište pomoću standardnih USB kabela. Priključite USB produžni kabel kako biste produžili duljinu 4-portnog USB Hub izvora.

Korak 64: Školjke 1

Počnite dobivati školjke glave pričvršćivanjem pločica konektora s unutarnje strane stražnje strane robota.

Korak 65: Školjke 2

Pričvrstite prednju plohu robota na držač telefonske ploče. Pričvrstite ga s 4 vijka.

Korak 66: Školjke 3

Zašrafite stražnju glavu robota na prednji dio robota.

Korak 67: Školjke 4

Spojite stražnji dio ljuske vrata na sklop robotskog vrata. Uvjerite se da su žice vrata dobro pričvršćene iznutra.

Korak 68: Školjke 5

Spojite prednji dio grla vrata na sklop vrata robota. Uvjerite se da su žice vrata dobro pričvršćene iznutra.

Korak 69: Školjke 6

Za svaku lijevu i desnu potkoljenicu pričvrstite stražnji dio donje ruke.

Korak 70: Školjke 7

Za svaku lijevu i desnu potkoljenicu pričvrstite prednji dio ljuske donje ruke. Uvjerite se da su žice za ruke dobro pričvršćene.

Korak 71: Školjke 8

Za svaku lijevu i desnu nadlakticu pričvrstite stražnji dio ljuske nadlaktice. Uvjerite se da su žice za ruke dobro pričvršćene.

Korak 72: Školjke 9

Za svaku lijevu i desnu potkoljenicu pričvrstite prednji dio ljuske nadlaktice. Uvjerite se da su žice za ruke dobro pričvršćene.

Korak 73: Školjke 10

Za svaku lijevu i desnu potkoljenicu pričvrstite stražnji dio potkoljenice. Uvjerite se da su žice nogu dobro pričvršćene.

Korak 74: Školjke 11

Za svaku lijevu i desnu potkoljenicu pričvrstite prednji dio školjke potkoljenice. Uvjerite se da su žice nogu dobro pričvršćene.

Korak 75: Školjke 12

Za svaku od lijeve i desne natkoljenice pričvrstite prednji dio gornje noge na bedrima držača adaptera za napajanje. Uvjerite se da su žice nogu dobro pričvršćene.

Korak 76: Školjke 13

Za svaku od lijeve i desne natkoljenice pričvrstite stražnji dio natkoljenice na bedra držača adaptera za napajanje. Uvjerite se da su žice nogu dobro pričvršćene.

Korak 77: Školjke 14

Za prednji i stražnji dio donjeg trupa robota ASPIR pričvrstite prednji dio ljuske. Kad završite, pričvrstite i zadnji dio donjeg dijela torza.

Korak 78: Školjke 15

Pričvrstite prednji gornji dio školjke na prednji dio prsa robota ASPIR -a tako da web kamera viri u središte torza. Kad završite, pričvrstite stražnji gornji dio trupa na stražnju stranu prsa robota ASPIR.

Korak 79: Završni dodiri

Provjerite jesu li vijci lijepi i čvrsti, a žice dobro prianjaju unutar svih dijelova ljuske. Ako izgleda da je sve ispravno spojeno, isprobajte svaki servo pomoću primjera Arduinovog Servo Sweepa na svakom pinu. (Napomena: Obratite posebnu pozornost na svaki od servo raspona jer svi servo uređaji nemaju mogućnost rotiranja za 0-180 stupnjeva zbog svog rasporeda.)

Korak 80: Zaključak

I eto ga! Vaš vlastiti humanoidni robot u 3D veličini, ispisan s nekoliko mjeseci vašeg dobrog i teškog rada. (Samo naprijed i tapkajte se po čoporu nekoliko tisuća puta. Zaslužili ste.)

Sada ste slobodni činiti sve što napredni inženjeri, izumitelji i inovatori poput vas rade s humanoidnim robotima. Možda želite da vam ASPIR bude robotski prijatelj koji će vam praviti društvo? Možda želite robotskog prijatelja za učenje? Ili možda želite pokušati izgraditi vojsku ovih strojeva za osvajanje svijeta poput distopijskog zlog ludog znanstvenika za kojeg znate da jeste? (Trebat će dosta poboljšanja prije nego što budete spremni za razmještanje vojnih terena …)

Moj trenutni softver za tjeranje robota na ove stvari trenutno je u pripremi i sigurno će proći još neko vrijeme dok ne postane potpuno spreman za rad. Zbog svoje prototipske prirode, imajte na umu da je trenutni dizajn ASPIR -a vrlo ograničen u svojim mogućnostima; sigurno nije savršeno kao što je sada i vjerojatno nikada neće biti. No, ovo je u konačnici dobra stvar - ostavlja dovoljno prostora za poboljšanje, izmjene i razvoj na polju robotike s istraživanjima koja biste uistinu mogli nazvati svojim.

Ako se odlučite za daljnji razvoj ovog projekta, javite mi! Volio bih vidjeti što možete napraviti od ovog projekta. Ako imate bilo kakvih pitanja, nedoumica ili komentara o ovom projektu ili o tome kako bih mogao poboljšati, volio bih čuti vaša mišljenja. U svakom slučaju, nadam se da ste uživali u praćenju ovog Instructable -a jednako kao što sam ja pisao. Sada idi i učini velike stvari!

Excelsior, -John Choi

Druga nagrada na natječaju Make it Move 2017