ASPIR: Humanoidni robot u 3D veličini u punoj veličini: 80 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Autonomni robot za podršku i pozitivno nadahnuće (ASPIR) je humanoidni robot u punoj veličini, otvorenog koda, od 4,3 stopa otvorenog koda, odštampan u 3D formatu kojeg svako može izgraditi s dovoljno volje i odlučnosti.

Sadržaj Razdvojili smo ovaj masivni Instructable u 80 koraka na 10 poglavlja koja se lako čitaju i koja su povezana u nastavku radi lakšeg čitanja:

1. Intro
2. Delovi
3. Arms
4. Glava
5. Noge
6. Prsa
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 u 3D štampanju. Očekivano vrijeme izgradnje bit će nekoliko mjeseci s procijenjenim troškovima izgradnje od otprilike 2500 USD (ovi troškovi mogu biti manji ili veći ovisno o dobavljačima koje koristite i koje dijelove već imate). Imajte na umu da ovaj Instructable pokriva samo hardversku konstrukciju, a ne i softver (ovo je trenutno u razvoju). S tim u vezi, punom parom naprijed i sretno!

Korak 1: O ASPIR -u

ASPIR je duhovni nasljednik Halley-a, Ambassador Robot 001 (2015), popularnog jeftinog, otvorenog koda, lasersko izrezanog humanoida od 2,6 stopa. Tijekom predstavljanja Halley robota otkrili smo da humanoidni roboti sjajno izgledaju kao ljudi i izazivaju društveno-emocionalne reakcije ljudskih gledatelja. U prodaji ima dosta 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 zajedno sa pristupačnim humanoidnim robotom otvorenog koda u punoj veličini. Tako je nastao ASPIR projekt.

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

Korak 2: O nama

Choitek je napredna obrazovna tehnološka kompanija posvećena pripremanju današnjih studenata da postanu umjetnici, inženjeri i poduzetnici sutrašnjice gradeći najveće, najhrabrije i nevjerovatno sjajne robote za poučavanje i nadahnuće. Strastveni smo članovi zajednice otvorenog koda i vjerujemo da je učenje maksimalno za dobro svih ako 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 kompanija 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: Posebno hvala

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

"Frank-Ratchye STUDIO za kreativno istraživanje fleksibilna je laboratorija za nove načine istraživanja, produkcije i prezentacije umjetnosti. Osnovan 1989. u okviru Visoke škole likovnih umjetnosti na Univerzitetu Carnegie Mellon (CMU), STUDIO služi kao mjesto za hibridna preduzeća na CMU kampusu, u regiji Pittsburgh i na međunarodnoj razini. Naš trenutni naglasak na umjetnosti novih medija temelji se na više od dvije decenije iskustva ugošćavanja interdisciplinarnih umjetnika u okruženju obogaćenom naučnim i inženjerskim odjelima svjetske klase., 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 sa metalnim zupčanikom za svaku ruku i 2 dodatna standardna servo-a za mehanizam pomicanja/naginjanja glave, pokretači robota ASPIR kreću se sa zapanjujućih ukupno 33 stepena slobode. Za vašu referencu, uključili smo uzorke referentnih veza do različitih servomotora koji će vam trebati za izradu ASPIR robota:

• 10x mikro servo uređaji za metalnu opremu
• 10x standardni servomotori velikog zakretnog momenta
• 13x super servo servera super visokog obrtnog momenta

(Napomena: Cijena i kvaliteta servo servisa uvelike se razlikuju ovisno o dobavljaču kojeg koristite. Naveli smo nekoliko primjera linkova koji će vam pomoći na tom putu.)

Korak 5: Elektronika, elektronika, elektronika

Osim 33 servo motora visokog okretnog momenta, trebat će vam i niz drugih elektroničkih komponenti za upravljanje i napajanje ASPIR robota. 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-portni USB koncentrator
• 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 210mm x 6mm aluminijske šesterokutne šipke
• 4x 120 mm x 6 mm aluminijske šesterokutne šipke
• 4x 100mm x 6mm 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 prilagođavanje određenih elektroničkih i mehaničkih dijelova mogu razlikovati ovisno o komponenti.)

Korak 6: 300 sati 3D štampanja

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

• Arm Left
• Arm Right
• Body
• Foot
• Hand
• Glava
• Leg Left
• Noga desno
• Vrat
• Školjke

Kad dobijete sve dijelove, počnimo

Korak 7: Ruke 1

Za početak, počnimo s našim 3D ispisanim rukama. Ove ruke su posebno dizajnirane da budu fleksibilne čak i pri štampanju sa PLA. Priložite 5 mikro servo servera, po jedan za svaki prst na ruci 3D štampanoj.

Korak 8: Ruke 2

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

Korak 9: Ruke 3

Ako to već niste učinili, idite naprijed i usmjerite žicu na trube mikro serva s prednjim ivicama na svakom prstu. Svakako zavežite čvrst čvor na svakom prstu i smanjite nagib žice tako što ćete čvrsto spojiti mikro trupnu trubu, 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 podloškama.

Korak 11: Ruke 5

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

Korak 12: Ruke 6

Sada produžite nadlakticu tako što ćete umetnuti još jednu aluminijumsku šesterokutnu šipku od 100 mm u zglob šarke i pričvrstiti još jednu 3D otisnutu šarku na drugom kraju aluminijske šesterokutne šipke od 100 mm.

Korak 13: Ruke 7

Sada sastavljamo rameni zglob. Počnite tako što ćete uhvatiti drugi standardni servo i pričvrstiti ga na prvi dio ramena pomoću 4 vijka i 4 podloške.

Korak 14: Ruke 8

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

Korak 15: Ruke 9

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

Korak 16: Ruke 10

Kombinirajte sklop ramena sa sklopom donje/nadlaktice na mjestu zakretanja na vrhu sklopa ruke. Dijelovi se trebaju spojiti na zglobu nadlaktice. Ovim je završeno sastavljanje ASPIR ruke.

(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 okretni mehanizam 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. Uvjerite se da se poluge za naginjanje glave mogu 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. Uverite se da se glava može rotirati napred i nazad za 60 stepeni.

Korak 22: Glava 6

Gurnite Android telefon od 5,5 inča 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. Ovim 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 okretati.

Korak 26: Noge 2

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

Korak 27: Noge 3

Počnite sastavljati gležanj s dva izuzetno 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

Priključite 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 pomoću 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 bedreni sklop u 2 šesterokutna šipka na natkoljenici robota.

Korak 37: Noge 13

Zaključajte bedro na 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 sa 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 sa 4 vijka, na kružni zglob.

Korak 43: Noge 19

Pričvrstite izuzetno veliki servo servo držač za veliki dio gornjeg dijela noge iz prethodnog koraka s 4 vijka i 4 podloške.

Korak 44: Noge 20

Spojite dovršeni sklop kuka s ostatkom 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 i desnu i lijevu nogu za robota ASPIR.

Korak 46: Grudni koš 1

Sklop grudi započnite pričvršćivanjem velikih kružnih servo trupa na lijevoj i desnoj strani velikog dijela zdjelice.

Korak 47: Grudni koš 2

Umetnite četiri šesterokutne šipke od 120 mm u dio zdjelice.

Korak 48: Sanduk 3

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

Korak 49: Škrinja 4

Pričvrstite izuzetno veliki servo pogon na donji dio trupa i pričvrstite ga sa 4 vijka i 4 podloške.

Korak 50: Škrinja 5

Spojite ekstra veliku kružnu servo trubu na gornji dio trupa pomoću 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 pomoću 3 vijka.

Korak 53: Škrinja 8

Umetnite USB web kameru u držač web kamere.

Korak 54: Škrinja 9

Spojite gornji sklop trupa sa donjim sklopom trupa na izuzetno velikoj servo trubi.

Korak 55: Grudi 10

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

Korak 56: Grudi 11

Spojite Arduino Mega servo štit direktno 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 i desne i lijeve ruke s ostatkom trupa na šesterokutnim šipkama ramena.

Korak 59: Spajanje 3

Pričvrstite RC amortizere ispod oba priključka sa šesterokutnom šipkom. Uvjerite se 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 direktno iznad Arduino Mega servo štita.

Korak 62: Ožičenje 2

Počnite ožičavati sva 33 serva na Arduino Mega Servo Shield 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 produžni USB kabel kako biste produžili duljinu 4-portnog USB Hub izvora.

Korak 64: Školjke 1

Počnite dobivati školjke glave pričvršćivanjem konektorskih ploča s unutarnje strane stražnje strane robota.

Korak 65: Školjke 2

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

Korak 66: Školjke 3

Zašrafite stražnju stranu robota sa školjkom na prednji dio robota.

Korak 67: Školjke 4

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

Korak 68: Školjke 5

Spojite prednji dio vrata na sklop robotskog vrata. Uvjerite se da su žice za vrat 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 ruke dobro pričvršćene.

Korak 71: Školjke 8

Za svaku od lijevih i desnih nadlaktica pričvrstite stražnji dio ljuske nadlaktice. Uvjerite se da su žice ruke dobro pričvršćene.

Korak 72: Školjke 9

Za svaku lijevu i desnu potkoljenicu pričvrstite prednji dio ljuske nadlaktice. Uvjerite se da su žice 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 ljuske 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 gornje noge na bedrima 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. Kada završite, pričvrstite i zadnji dio donjeg dijela torza.

Korak 78: Školjke 15

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

Korak 79: Završni dodiri

Uvjerite se da su vijci lijepi i čvrsti i da su žice dobro pričvršćene unutar svih dijelova ljuske. Ako izgleda da je sve ispravno spojeno, isprobajte svaki servo pomoću Arduinovog Servo Sweep primjera na svakom pinu. (Napomena: Obratite posebnu pažnju na svaki od servo opsega, jer svi servo uređaji nemaju mogućnost rotiranja za 0-180 stepeni zbog svog rasporeda.)

Korak 80: Zaključak

I evo ga! Vaš vlastiti humanoidni robot u 3D veličini, ispisan s nekoliko mjeseci vašeg dobrog i napornog rada. (Samo napred i tapkajte se po čoporu nekoliko hiljada 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 mašina kako biste osvojili svijet poput distopijskog zlog ludog naučnika za kojeg znate da jeste? (Trebat će dosta poboljšanja prije nego što budete spremni za razmještanje vojnih terena …)

Moj trenutni softver za navođenje robota na ove stvari trenutno je u izradi i sigurno će proći još neko vrijeme prije nego što 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 vjerovatno nikada neće biti. Ali ovo je na kraju dobra stvar - ovo ostavlja dovoljno prostora za poboljšanje, izmjene i razvoj na polju robotike s istraživanjima koja biste zaista mogli nazvati svojim.

Ako se odlučite za daljnji razvoj ovog projekta, javite mi! Zaista bih volio vidjeti šta 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 uputstva koliko sam ja pisao. Sada idite i učinite sjajne stvari!

Excelsior, -John Choi

Druga nagrada na takmičenju Make it Move 2017