ASPIR: 3D-tištěný humanoidní robot v plné velikosti: 80 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Robot Autonomous Support and Positive Inspiration Robot (ASPIR) je v plné velikosti, 4,3 stopový open-source 3D-tištěný humanoidní robot, který může každý postavit s dostatkem pohonu a odhodlání.

Obsah Tento masivní 80stupňový instruktáž jsme pro vaše pohodlí čtení rozdělili do 10 snadno čitelných kapitol níže:

1. Intro
2. Díly
3. Zbraně
4. Hlava
5. Nohy
6. Hruď
7. Sloučení
8. Elektrické vedení
9. Mušle
10. Závěr

Poznámky: Jedná se o velmi pokročilý a velký projekt Instructables! Před zahájením tohoto projektu doporučujeme mít značné zkušenosti s 3D tiskem. Předpokládaná doba stavby bude několik měsíců s odhadovanými náklady na stavbu zhruba 2500 USD (tyto náklady mohou být nižší nebo vyšší v závislosti na tom, jaké dodavatele používáte a jaké součásti již máte). Všimněte si, že tento Instructable se vztahuje pouze na konstrukci hardwaru, a ne na software (ten se právě vyvíjí). S tím bylo řečeno, plnou rychlostí dopředu a hodně štěstí!

Krok 1: O ASPIR

ASPIR je duchovním nástupcem Halleye, Ambassador Robot 001 (2015), populárního levného, open-source, 2,6 stopového laserem řezaného humanoidního robota. Během předvádění Halley Robot jsme zjistili, že humanoidní roboti vypadají skvěle na lidi a vyvolávají sociálně-emocionální reakce od lidských diváků. Existuje spousta humanoidních robotů, které jsou k prodeji, ale všechny opravdu spadají jen do dvou kategorií: cenově dostupné robotické hračky, které jsou vysoké méně než 2 stopy, a humanoidní roboty v plné velikosti a výzkumné kvality, které stojí více než nové sportovní vozy. Chtěli jsme přinést to nejlepší z obou světů společně s cenově dostupným humanoidním robotem v plné velikosti s otevřeným zdrojovým kódem. A tak vznikl projekt ASPIR.

(P. S. Velké velké díky deníku Discovery Channel Canada's Daily Planet za vytvoření videa!: D)

Krok 2: O nás

Choitek je společnost s pokročilými vzdělávacími technologiemi, která se zavázala připravit dnešní studenty na umělce, inženýry a podnikatele budoucnosti tím, že postaví největší, nejodvážnější a nejneuvěřitelnější roboty, které budou učit a inspirovat. Jsme vášnivými členy komunity s otevřeným zdrojovým kódem a věříme, že učení je maximalizováno pro dobro každého, když neexistují žádné proprietární černé skříňky, které by zakrývaly a zahmlievaly technologie. Doufáme, že se k nám připojíte v tomto vzrušujícím dobrodružství společného budování budoucnosti robotiky.

(Poznámka: naše společnost v současné době zkoumá, jak lze humanoidní roboty jako ASPIR využít k inspiraci více dívek do STEM. Pokud máte zájem o spolupráci s námi, dejte nám vědět!)

Krok 3: Zvláštní poděkování

Projekt ASPIR je umožněn za vydatné podpory Frank-Ratchye STUDIO pro kreativní šetření Univerzity Carnegie Mellon:

„Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry je flexibilní laboratoř pro nové způsoby výzkumu, produkce a prezentace umění. Společnost STUDIO, založená v roce 1989 na Vysoké škole výtvarných umění na univerzitě Carnegie Mellon (CMU), slouží jako místo pro hybridní podniky v kampusu CMU, v oblasti Pittsburghu a v mezinárodním měřítku. Náš současný důraz na umění nových médií staví na více než dvou desetiletích zkušeností s hostováním interdisciplinárních umělců v prostředí obohaceném špičkovými odděleními vědy a techniky. Prostřednictvím našich rezidenčních a terénních programů, STUDIO poskytuje příležitosti pro učení, dialog a výzkum, které vedou k inovativním průlomům, novým politikám a předefinování role umělců v rychle se měnícím světě. “

Krok 4: Serva, serva, serva

Se 6 super-velkými servy na každou nohu, 4 standardními servy s vysokým točivým momentem pro každé rameno, 5 mikro servy s kovovým převodem pro každou ruku a 2 dalšími standardními servy pro mechanismus otáčení/naklápění hlavy se pohony robotů ASPIR pohybují s ohromujících celkem 33 stupňů volnosti. Pro vaši informaci jsme vložili ukázkové odkazy na různé servomotory, které budete potřebovat k sestavení robota ASPIR:

• 10x mikro servo s kovovým převodem
• 10x Servo s vysokým točivým momentem
• 13x Super-High Super Torque Super-Servos

(Poznámka: Cena a kvalita serva se velmi liší v závislosti na tom, kterého dodavatele používáte. Poskytli jsme několik ukázkových odkazů, které vám pomohou na vaší cestě.)

Krok 5: Elektronika, elektronika, elektronika

K ovládání a napájení robota ASPIR budete kromě 33 servomotorů s vysokým točivým momentem potřebovat také řadu dalších elektronických součástek. Pro vaši informaci jsme vložili ukázkové referenční odkazy na další elektronické a mechanické součásti, které budete potřebovat k sestavení robota ASPIR:

• 1x USB webová kamera
• 1x 4portový rozbočovač USB
• 1x laserový dálkoměr
• 8x RC tlumiče nárazů
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega Servo Shield
• 5,5palcový chytrý telefon Android
• 50x prodlužovací kabely pro servo
• 2x 5V 10A napájecí adaptéry
• Hliníkové šestihranné tyče 8x 210 mm x 6 mm
• 4x hliníkové šestihranné tyče 120 mm x 6 mm
• 4x hliníkové šestihranné tyče 100 mm x 6 mm
• 2x hliníkové šestihranné tyče 75 mm x 6 mm
• 1x hliníkové šestihranné tyče 60 mm x 6 mm

(Poznámka: Přestože tyto části uvedené v odkazech výše budou elektronicky kompatibilní, mějte na paměti, že přesné rozměry CAD potřebné k přizpůsobení určitých elektronických a mechanických částí se mohou lišit podle komponent.)

Krok 6: 300 hodin 3D tisku

Jak již bylo zmíněno v úvodu, ASPIR je super masivní 3D tisk. S více než 90 díly k tisku se předpokládá, že celková odhadovaná doba tisku pomocí standardního vytlačování 3D vláken, výplně a výšky vrstvy bude někde na 300 hodinách. To pravděpodobně spotřebuje 5 rolí 1 kg (2,2 lb) vlákna, bez selhání tisku a opakování (pro všechny naše potřeby 3D tisku jsme použili role Robo3D PLA). Uvědomte si také, že pro některé větší 3D tištěné kusy robota ASPIR budete potřebovat velkou 3D tiskárnu s minimální velikostí stavební desky 10x10x10in (250x250x250mm), jako je například Lulzbot TAZ 6. Zde jsou všechny soubory, které budete potřebovat pro 3D tisk:

• Rameno vlevo
• Paže doprava
• Tělo
• Chodidlo
• Ruka
• Hlava
• Noha vlevo
• Noha vpravo
• Krk
• Mušle

Jakmile budete mít všechny části, můžeme začít

Krok 7: Zbraně 1

Nejprve začneme s našimi 3D tištěnými rukama. Tyto ruce jsou speciálně navrženy tak, aby byly flexibilní i při tisku pomocí PLA. Na 3D vytištěnou ruku připojte 5 mikro serv, jedno pro každý prst.

Krok 8: Zbraně 2

Nyní připevněte zápěstní kus k ruce dvěma šrouby. Poté zasuňte 100 mm hliníkovou šestihrannou tyč do zápěstního dílu.

Krok 9: Zbraně 3

Pokud jste to ještě neučinili, pokračujte a nasměrujte řetězec na rohy mikro servo s dopředu směřujícími okrajovými výstupky na každém z prstů. Ujistěte se, že na každém z prstů uvázáte pevný uzel, a minimalizujte průhyb struny tím, že na každém prstu vytvoříte těsné spojení mezi mikro servo houkačkou, strunou a výstupkem na náběžné hraně.

Krok 10: Zbraně 4

Pokračujte ve stavbě ramen připevněním spodní části paže ke konci šestihranné tyče. Na spodní část ramene připevněte standardní servo a zajistěte jej 4 šrouby a podložkami.

Krok 11: Zbraně 5

Pokračujte v montáži ramene připevněním části závěsu servo houkačky k dolnímu rameni a upevněte jej 4 šrouby.

Krok 12: Zbraně 6

Nyní natáhněte horní rameno zasunutím další 100mm hliníkové šestihranné tyče do kloubového kloubu a na druhý konec 100mm hliníkové šestihranné tyče upevněte další 3D tištěný kloubový kloub.

Krok 13: Zbraně 7

Nyní sestavujeme ramenní kloub. Začněte chycením dalšího standardního serva a zajistěte jej k prvnímu ramennímu dílu pomocí 4 šroubů a 4 podložek.

Krok 14: Zbraně 8

Zasuňte drážku a připevněte sestavu ramen ke zbytku ramenních dílů. Spodní kruhový kus by měl být schopen otáčet se na ose převodovky serva.

Krok 15: Zbraně 9

Připojte sestavu ramen k servomotoru nadloktí pomocí posledního ramenního dílu pomocí 4 dalších šroubů.

Krok 16: Zbraně 10

Zkombinujte ramenní sestavu se spodní/horní částí paže v otočném bodě v horní části sestavy paže. Díly by se měly spojit v kloubu kloubu nadloktí. Tím je sestavení paže ASPIR ukončeno.

(Poznámka: budete muset opakovat všech deset kroků pro sestavu ramene pro druhou ruku, protože ASPIR má dvě ramena, levé a pravé.)

Krok 17: Hlava 1

Nyní montujeme hlavu ASPIR. Začněte připojením standardního serva k hrdlu robota pomocí 4 šroubů a 4 podložek.

Krok 18: Hlava 2

Stejně jako dříve sestava otočného ramene připojte ke standardnímu servo houkačce otočnou kruhovou hlavu a zajistěte ji kruhovým držákem hlavy.

Krok 19: Hlava 3

Nyní pomocí čtyř šroubů připevněte základní platformu hlavy robota na otočný mechanismus s kruhovým krkem z předchozího kroku.

Krok 20: Hlava 4

Pomocí 4 šroubů a 4 podložek připevněte k základní platformě další standardní servo. Připojte závěsy naklápění hlavy k klaksonu serva. Zajistěte, aby se závěsy naklápění hlavy mohly volně otáčet.

Krok 21: Hlava 5

Připevněte držák čelní desky telefonu k přední části základní platformy. Připojte zadní část držáku čelní desky telefonu k závěsům naklápění serva. Ujistěte se, že se hlava může otáčet tam a zpět o 60 stupňů.

Krok 22: Hlava 6

Zasuňte 5,5palcový telefon Android do držáku na obličej telefonu. (Tenký iPhone se stejnými rozměry by měl také posloužit. Telefony s jinými rozměry nebyly testovány.)

Krok 23: Hlava 7

Zajistěte polohu telefonu upevněním laserového dálkoměru na levé straně obličeje robota pomocí 2 šroubů.

Krok 24: Hlava 8

Zasuňte 60 mm hliníkovou šestihrannou tyč do spodní části krku robota. Tím je sestavení hlavy robota ukončeno.

Krok 25: Nohy 1

Nyní zahajujeme montáž nohou ASPIR. Chcete -li začít, upevněte přední a zadní část nohy robota dvěma velkými šrouby. Zajistěte, aby se přední část chodidla mohla volně otáčet.

Krok 26: Nohy 2

Připevněte 2 RC tlumiče na přední a zadní část nohy, jak je znázorněno na obrázku. Noha by se nyní měla ohnout zhruba o 30 stupňů a odrazit se.

Krok 27: Nohy 3

Začněte sestavovat kotník dvěma extra velkými servy a upevněte je dohromady 4 šrouby a 4 podložkami.

Krok 28: Nohy 4

Dokončete spojení s druhým kusem kotníku a upevněte spojení dalšími 4 šrouby a podložkami.

Krok 29: Nohy 5

Připojte kus konektoru patky jedním velkým šroubem na zadní straně a 4 malými šrouby na servo houkačce.

Krok 30: Nohy 6

Připevněte horní kotníkový konektor ke zbytku sestavy kotníku na druhém velkém servu pomocí 4 malých šroubů a jednoho velkého šroubu.

Krok 31: Nohy 7

Vložte dva šestihranné tyče 210 mm do sestavy kotníku. Na druhém konci šestihranných tyčí zasuňte spodní kolenní díl.

Krok 32: Nohy 8

Upevněte extra velké servo na kolenní díl pomocí 4 šroubů a 4 podložek.

Krok 33: Nohy 9

Připojte horní kolenní díl k velkému servomotoru kolena pomocí 4 malých šroubů a 1 velkého šroubu.

Krok 34: Nohy 10

Nasaďte na kolenní sestavu další dva 210mm šestihranné tyče.

Krok 35: Nohy 11

Začněte se stavbou stehna zasunutím napájecího adaptéru 5V10A do dvou kusů držáku napájecího adaptéru.

Krok 36: Nohy 12

Zasuňte stehenní sestavu do 2 šestihranných tyčí na horní noze robota.

Krok 37: Nohy 13

Zajistěte stehno na místě zasunutím kloubového dílu na 2 šestihranné tyče na horní části nohy.

Krok 38: Nohy 14

Sestavu kyčelního kloubu začněte připojením velké kruhové hlavy k rohu velkého servomotoru.

Krok 39: Nohy 15

Nasuňte držák kyčelního serva na velký servomotor a utáhněte 4 šrouby se 4 podložkami.

Krok 40: Nohy 16

Zasuňte sestavu kyčelního serva do druhého kyčelního dílu, aby se otočný kloub mohl otáčet. Upevněte tento kus na místo pomocí 4 šroubů.

Krok 41: Nohy 17

Pomocí 4 šroubů a 4 podložek připevněte na bederní sestavu další velké servo.

Krok 42: Nohy 18

Upevněte část držáku serva na horní noze pomocí 4 šroubů na kruhový otočný kloub.

Krok 43: Nohy 19

Upevněte extra velké servo na velký držák serva z předchozího kroku pomocí 4 šroubů a 4 podložek.

Krok 44: Nohy 20

Připojte dokončenou kyčelní sestavu ke zbytku sestavy nohou v kloubové části kloubu horní části nohy. Připevněte jej 4 malými šrouby a jedním velkým šroubem.

Krok 45: Nohy 21

Připojte sestavu patky ke spodnímu konci zbytku sestavy nohou a zajistěte ji 6 šrouby. Nyní jste s montáží nohou prozatím hotovi. Opakováním kroků 25-45 vytvořte druhou nohu, abyste měli pro robota ASPIR pravé i levé nohy.

Krok 46: Hrudník 1

Začněte sestavu hrudníku upevněním velkých kruhových servo rohů na levé a pravé straně velké pánve.

Krok 47: Hrudník 2

Nasaďte čtyři 120mm šestihranné tyče na pánevní část.

Krok 48: Hrudník 3

Nasuňte desku držáku Arduino na zadní dvě šestihranné tyče. Nasaďte spodní část trupu na čtyři šestihranné tyče.

Krok 49: Hrudník 4

Na spodní část trupu připevněte extra velké servo a připevněte jej na místo pomocí 4 šroubů a 4 podložek.

Krok 50: Hrudník 5

Pomocí 4 šroubů připojte na horní část trupu extra velký kruhový servo roh.

Krok 51: Hrudník 6

Na zadní část horního dílu trupu připevněte ochranný kryt zadního spínače pomocí 5 šroubů.

Krok 52: Hrudník 7

Pomocí 3 šroubů připevněte držák webové kamery k přední části sestavy horní části trupu.

Krok 53: Hrudník 8

Zasuňte webovou kameru USB do držáku webové kamery.

Krok 54: Hrudník 9

Spojte sestavu horního trupu se spodní částí trupu u extra velkého servo houkačky.

Krok 55: Hrudník 10

Připevněte Arduino Mega 2560 na zadní desku Arduino pomocí 4 šroubů a 4 distančních podložek.

Krok 56: Hrudník 11

Připojte Arduino Mega Servo Shield přímo na Arduino Mega 2560.

Krok 57: Sloučení 1

Připojte sestavu hlavy k sestavě trupu mezi šestihrannou tyč krku a horní část trupu.

Krok 58: Sloučení 2

Sloučit sestavy levé a pravé a levé paže se zbytkem sestavy trupu na šestihranné tyče ramen.

Krok 59: Sloučení 3

Upevněte RC tlumiče pod šestihranná spojení obou ramen. Ujistěte se, že se ramenní sestava může ohnout asi o 30 stupňů směrem ven.

Krok 60: Sloučení 4

Sloučit levou a pravou nohu k zbytku sestavy trupu u velkých kyčelních serv. K upevnění čepových spojů použijte velké šrouby.

Krok 61: Zapojení 1

Na zadní stranu robota připojte 4portový USB hub přímo nad Arduino Mega Servo Shield.

Krok 62: Zapojení 2

Začněte zapojovat všech 33 serv do Arduino Mega Servo Shield pomocí prodlužovacích kabelů serv. Připojte také laserový dálkoměr z hlavy robota na servo štít Arduino Mega. K organizaci vodičů doporučujeme použít standardní stahovací pásky.

Krok 63: Zapojení 3

Nakonec dokončete zapojení připojením Arduino Mega, telefonu Android a webové kamery k 4portovému USB Hubu pomocí standardních USB kabelů. Připojením prodlužovacího kabelu USB prodloužíte délku zdroje 4portového USB rozbočovače.

Krok 64: Mušle 1

Začněte získávat skořápky hlavy upevněním spojovacích desek na vnitřní straně zadní části skořepiny hlavy robota.

Krok 65: Mušle 2

Připojte držák přední části robota k držáku talíře telefonu. Připevněte jej 4 šrouby.

Krok 66: Mušle 3

Našroubujte zadní část skořepiny robota na přední část skořepiny robota.

Krok 67: Mušle 4

Připojte zadní část krku k sestavě krku robota. Dbejte na to, aby krční dráty dobře zapadly dovnitř.

Krok 68: Mušle 5

Připojte přední část krku k sestavě krku robota. Dbejte na to, aby krční dráty dobře zapadly dovnitř.

Krok 69: Mušle 6

Pro každé levé a pravé spodní rameno přišroubujte zadní část spodního ramene.

Krok 70: Mušle 7

Na každé levé a pravé spodní rameno přišroubujte přední část spodního ramene. Dbejte na to, aby dráty ramen pevně přiléhaly.

Krok 71: Mušle 8

U každé levé a pravé horní části paže našroubujte zadní část pažní skořepiny. Dbejte na to, aby dráty ramen pevně přiléhaly.

Krok 72: Mušle 9

Pro každé z levých a pravých dolních ramen přišroubujte přední skořepinu horní části paže. Dbejte na to, aby dráty ramen pevně přiléhaly.

Krok 73: Mušle 10

Pro každou levou a pravou dolní část nohy našroubujte zadní část spodní části nohavic. Ujistěte se, že nožní dráty dobře sedí.

Krok 74: Mušle 11

Pro každou levou a pravou dolní část nohy našroubujte přední část spodní části nohavic. Zajistěte, aby nožní dráty dobře přiléhaly.

Krok 75: Mušle 12

Pro každou levou a pravou horní část nohy našroubujte přední část horní části nohavice na stehna držáku napájecího adaptéru. Zajistěte, aby nožní dráty dobře přiléhaly.

Krok 76: Mušle 13

Pro každou levou a pravou horní část nohy našroubujte zadní část horní části nohavice na stehna držáku napájecího adaptéru. Ujistěte se, že nožní dráty dobře sedí.

Krok 77: Mušle 14

Na přední a zadní část dolního trupu robota ASPIR připevněte přední část skořepiny. Až budete hotovi, přišroubujte také zadní část spodní části trupu.

Krok 78: Mušle 15

Připevněte přední část horní části trupu na přední část hrudníku robota ASPIR tak, aby webová kamera vyčnívala uprostřed trupu. Až budete hotovi, našroubujte zadní část horní části trupu na zadní část hrudníku robota ASPIR.

Krok 79: Dokončení dotyků

Ujistěte se, že jsou šrouby pěkné a těsné a dráty těsně přiléhají ke všem částem pláště. Pokud se zdá, že je vše správně připojeno, vyzkoušejte každé servo pomocí příkladu Servo Sweep Arduina na každém z pinů. (Poznámka: Věnujte velkou pozornost každému ze serva rozsahů, protože ne všechna serva mohou kvůli svému uspořádání otáčet o celých 0-180 stupňů.)

Krok 80: Závěr

A tady to máte! Váš vlastní humanoidní robot s 3D tiskem v plné velikosti, postavený na několik měsíců vaší dobré a tvrdé práce. (Pokračujte a poklepejte si na balíček několik tisíckrát. Získali jste to.)

Nyní máte možnost dělat s humanoidními roboty cokoli, dopředu přemýšlející inženýry, vynálezce a inovátory, jako jste vy. Možná chcete, aby byl ASPIR robotickým přítelem, který vám bude dělat společnost? Možná chcete robotického studenta? Nebo se snad chcete pokusit vybudovat armádu těchto strojů, abyste dobyli svět jako dystopický zlý šílený vědec, o kterém víte, že jste? (Než bude připraven na vojenské nasazení v terénu, bude potřeba několik vylepšení…)

Na mém aktuálním softwaru, který má robota dělat tyto věci, se právě pracuje a bude určitě chvíli trvat, než bude plně připraven k provozu. Vzhledem k jeho prototypové povaze si všimněte, že současný design ASPIR je velmi omezený svými schopnostmi; určitě to není dokonalé, jako je tomu nyní a pravděpodobně nikdy nebude. Ale to je nakonec dobrá věc - to ponechává dostatek prostoru pro zlepšování, provádění úprav a rozvoj pokroku v oblasti robotiky s výzkumem, který můžete skutečně nazývat svým vlastním.

Pokud se rozhodnete tento projekt dále rozvíjet, dejte mi prosím vědět! Rád bych viděl, co se dá z tohoto projektu udělat. Pokud máte další dotazy, obavy nebo připomínky k tomuto projektu nebo k tomu, jak bych se mohl zlepšit, rád si vyslechnu vaše myšlenky. V každém případě doufám, že se vám líbilo sledovat tento Instructable stejně, jako jsem ho psal. Nyní jděte a dělejte skvělé věci!

Excelsior, -John Choi

Druhá cena v soutěži Make It Move 2017