ASPIR: Пълен размер 3D-принтиран хуманоиден робот: 80 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Автономният робот за поддръжка и позитивно вдъхновение (ASPIR) е пълноразмерен, 4,3-футов 3D-отпечатан хуманоиден робот с отворен код, който всеки може да изгради с достатъчно желание и решителност.

Съдържание Разделихме тази масивна инструкция от 80 стъпки на 10 лесни за четене глави, свързани по-долу за ваше удобство при четене:

1. Въведение
2. Части
3. Обятия
4. Глава
5. Крака
6. Гръден кош
7. Обединяване
8. Електрически инсталации
9. Черупки
10. Заключение

Забележки: Това е много усъвършенстван и голям проект с инструкции! Препоръчваме ви да имате значителен опит в 3D печата, преди да опитате този проект. Очакваното време за изграждане ще бъде няколко месеца с прогнозна цена на изграждане от около 2500 долара (тази цена може да бъде по -ниска или по -висока в зависимост от това кои доставчици използвате и кои части вече имате). Имайте предвид, че този Instructable обхваща само хардуерната конструкция, но не и софтуера (това е в процес на разработка). С казаното, пълна скорост напред и късмет!

Стъпка 1: Всичко за ASPIR

ASPIR е духовният наследник на Halley, Ambassador Robot 001 (2015), популярен евтин, с отворен код, 2,6 фута лазерно изрязан хуманоиден робот. В хода на представянето на Halley Robot открихме, че хуманоидните роботи са страхотни в това да изглеждат хора и да предизвикват социално-емоционални реакции от зрителите. Има много хуманоидни роботи за продажба, но всички те наистина попадат само в две категории: достъпни роботи за любители на играчки, които са по-високи от 2 фута, и пълноразмерни и изследователски хуманоидни роботи, които струват повече от нови спортни автомобили. Искахме да обединим най-доброто от двата свята с достъпен хуманоиден робот с отворен код в пълен размер. И така се роди проектът ASPIR.

(P. S. Голямо благодаря на Discovery Channel Canada Daily Planet за производството на видеото!: D)

Стъпка 2: За нас

Choitek е напреднала образователна технологична компания, ангажирана да подготви днешните студенти да станат художници, инженери и предприемачи на утрешния ден, като изгради най -големите, най -смелите и невероятно страхотни роботи, които да преподават и вдъхновяват. Ние сме страстни членове на общността с отворен код и вярваме, че ученето е максимално за доброто на всички, когато няма собствени черни кутии, които съществуват, за да скрият и замъглят технологиите. С това казано се надяваме да се присъедините към нас в това вълнуващо приключение за изграждане на бъдещето на роботиката заедно.

(Забележка: нашата компания в момента прави проучване, за да види как хуманоидни роботи като ASPIR могат да бъдат използвани, за да вдъхновят повече момичета в STEM. Ако се интересувате от сътрудничество с нас, не се колебайте да ни уведомите!)

Стъпка 3: Специални благодарности

Проектът ASPIR е възможен с щедрата подкрепа на СТУДИО Франк-Рачи за творческо проучване на университета Карнеги Мелън:

„СТУДИОТО„ Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry “е гъвкава лаборатория за нови начини за изследване, производство и представяне на изкуства. Основана през 1989 г. в рамките на Колежа по изящни изкуства към университета Carnegie Mellon (CMU), STUDIO служи като място за хибридни предприятия в кампуса на CMU, региона на Питсбърг и в международен план. Настоящият ни акцент върху изкуствата на новите медии се основава на повече от две десетилетия опит в хостинга на интердисциплинарни художници в среда, обогатена от научно-инженерни отдели от световна класа. Чрез нашите резиденции и програми за общуване, STUDIO предоставя възможности за учене, диалог и изследвания, които водят до новаторски пробиви, нови политики и предефиниране на ролята на артистите в бързо променящия се свят."

Стъпка 4: Серво, серво, серво

С 6 супер мега серво серво за всеки крак, 4 стандартни серво задвижвания с висок въртящ момент за всяко рамо, 5 микро серво задвижвания с метални зъбни колела за всяка ръка и 2 допълнителни стандартни серво задвижвания за механизма за въртене/накланяне на главата, задвижванията на робота ASPIR се движат с поразителните общо 33 степени на свобода. За ваше сведение, ние сме включили примерни референтни връзки към различни сервомотори, които ще ви трябват за изграждането на робота ASPIR:

• 10x Micro Gear Micro Servo
• 10x стандартни сервомотора с висок въртящ момент
• 13x свръхразмерни сервоустройства със супер висок въртящ момент

(Забележка: Цената и качеството на сервото са много променливи в зависимост от доставчика, който използвате. Предоставихме няколко примерни връзки, които да ви помогнат по пътя ви.)

Стъпка 5: Електроника, електроника, електроника

В допълнение към 33 сервомотора с голям въртящ момент, ще ви трябват и различни други електронни компоненти за управление и захранване на робота ASPIR. За ваше сведение, ние сме включили примерни референтни връзки към други електронни и механични компоненти, които ще ви трябват за изграждането на робота ASPIR:

• 1x USB уеб камера
• 1x 4-портов USB концентратор
• 1x лазерен далекомер
• 8x RC амортисьори
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega Servo щит
• 5.5-инчов смартфон с Android
• 50x серво удължителни кабели
• 2x 5V 10A захранващи адаптери
• 8x 210 мм x 6 мм алуминиеви шестостенни пръти
• 4x 120 мм x 6 мм алуминиеви шестостенни пръти
• 4x 100 мм x 6 мм алуминиеви шестостенни пръти
• 2x 75 мм х 6 мм алуминиеви шестостенни пръти
• 1x 60 мм х 6 мм алуминиеви шестостенни пръти

(Забележка: Въпреки че тези части, предоставени в горните връзки, ще бъдат електронно съвместими, имайте предвид, че точните CAD размери, необходими за адаптиране на определени електронни и механични части, могат да варират в зависимост от компонента.)

Стъпка 6: 300 часа 3D печат

Както бе споменато във въведението по -рано, ASPIR е супер масивно начинание за 3D печат. С над 90 части за отпечатване, общото прогнозно време за печат, използващо стандартно 3D екструдиране на нишки, пълнеж и височина на слоя, се очаква да бъде някъде в рамките на 300 часа. Това вероятно ще изразходва 5 ролки от 1 кг (2.2 фунта) нишка, без да включва грешки при печатане и повторни опити (Използвахме Robo3D PLA ролки за всички наши нужди от 3D печат). Също така имайте предвид, че ще ви е необходим голям 3D принтер с минимален размер на плочата за изработка 10x10x10in (250x250x250mm), като например Lulzbot TAZ 6 за някои от по -големите 3D отпечатани парчета на робота ASPIR. Ето всички файлове, които ще ви трябват за 3D отпечатване:

• Ръка вляво
• Ръка вдясно
• Тяло
• Крак
• Ръка
• Глава
• Крак вляво
• Крак надясно
• Врат
• Черупки

След като вземете всички части, нека започнем

Стъпка 7: Оръжия 1

За начало ще започнем с нашите 3D отпечатани ръце. Тези ръце са специално проектирани да бъдат гъвкави дори при печат с PLA. Прикрепете 5 микро сервомотора, по един за всеки пръст на ръката с 3D печат.

Стъпка 8: Оръжия 2

Сега прикрепете китката към ръката с два винта. След това поставете 100 -милиметровия алуминиев шестостен прът в частта на китката.

Стъпка 9: Оръжия 3

Ако все още не сте го направили, продължете напред и насочете струната към клаксоните на микро серво с предните ръбове на всеки от пръстите. Не забравяйте да завържете здраво възел на всеки от пръстите и да сведете до минимум наклона на струната, като направите плътна връзка между микро серво рога, струната и предната част на всеки пръст.

Стъпка 10: Оръжия 4

Продължете изграждането на раменете, като прикрепите долната част на ръката към края на шестоъгълния прът. Прикрепете стандартно серво към долната част на рамото и я закрепете с 4 винта и шайби.

Стъпка 11: Оръжия 5

Продължете сглобяването на рамото, като прикрепите частта на пантата на серво рога към долната част на рамото и я затегнете с 4 винта.

Стъпка 12: Оръжия 6

Сега разтегнете горната част на рамото, като вкарате друг 100 мм алуминиев шестостен прът в шарнирната връзка и закрепете друга 3d отпечатана шарнирна връзка на другия край на 100 мм алуминиевия шестостен прът.

Стъпка 13: Оръжия 7

Сега сглобяваме раменната става. Започнете, като вземете друго стандартно серво и го закрепете към първото рамо с помощта на 4 винта и 4 шайби.

Стъпка 14: Оръжия 8

Прорежете и закрепете раменния монтаж към останалата част от рамото. Долната кръгла част трябва да може да се завърта по оста на зъбното колело на серво.

Стъпка 15: Оръжия 9

Свържете раменния агрегат към сервомотора на горната част на рамото с последното рамо с 4 допълнителни винта.

Стъпка 16: Оръжия 10

Комбинирайте раменния възел с долния/горния рамен в точката на въртене в горната част на рамото. Частите трябва да се съединят в шарнирната става на горната част на ръката. Това завършва сглобяването на рамото на ASPIR.

(Забележка: ще трябва да повторите всичките десет стъпки за монтажа на рамото за другата ръка, тъй като ASPIR има две ръце, лява и дясна.)

Стъпка 17: Глава 1

Сега сглобяваме главата на ASPIR. Започнете, като прикрепите стандартно серво към врата на робота с 4 винта и 4 шайби.

Стъпка 18: Глава 2

Подобно на по -рано въртящото се рамо, прикрепете въртяща се кръгла глава към стандартния серво рог и я закрепете с държача на кръглата глава.

Стъпка 19: Глава 3

Сега прикрепете основната платформа на главата на робота към кръговия механизъм за завъртане на шията от предишната стъпка с четири винта.

Стъпка 20: Глава 4

Прикрепете друго стандартно серво към основната платформа с 4 винта и 4 шайби. Прикрепете връзките за накланяне на главата към клаксона на серво. Уверете се, че връзките за накланяне на главата могат да се въртят свободно.

Стъпка 21: Глава 5

Прикрепете държача на лицевата страна на телефона към предната част на основната платформа. Свържете задната част на държача на лицевата плоча на телефона към серво наклоните. Уверете се, че главата може да се върти напред и назад на 60 градуса.

Стъпка 22: Глава 6

Плъзнете 5,5-инчовия телефон с Android в държача на лицето на телефона. (Тънък iPhone със същите размери също трябва да свърши работа. Телефоните с други размери не са тествани.)

Стъпка 23: Глава 7

Закрепете позицията на телефона, като закрепите лазерния далекомер от лявата страна на лицето на робота с 2 винта.

Стъпка 24: Глава 8

Вкарайте 60 -милиметров алуминиев шестостен прът в долната част на врата на робота. Това завършва сглобяването на главата на робота.

Стъпка 25: Крака 1

Сега започваме сглобяването на краката на ASPIR. За да започнете, прикрепете предните и задните части на робота заедно с два големи винта. Уверете се, че предното стъпало може да се върти свободно.

Стъпка 26: Крака 2

Прикрепете 2 RC амортисьора към предните и задните крачета, както е показано. Сега кракът трябва да се огъне около 30 градуса и да отскочи назад.

Стъпка 27: Крака 3

Започнете сглобяването на глезена с две изключително големи сервоустройства и ги закрепете заедно с 4 винта и 4 шайби.

Стъпка 28: Крака 4

Завършете връзката с другата част на глезена и закрепете връзката с още 4 винта и шайби.

Стъпка 29: Крака 5

Прикрепете съединителя за крака с един голям винт на гърба и 4 малки винта на серво клаксона.

Стъпка 30: Крака 6

Прикрепете горния конектор за глезена към останалата част на глезена на другото голямо серво с 4 малки винта и един голям винт.

Стъпка 31: Крака 7

Сложете два 210 мм шестостенни пръта към глезена. На другия край на шестоъгълните пръти поставете долната част на коляното.

Стъпка 32: Крака 8

Закрепете изключително голямо серво върху коляното с 4 винта и 4 шайби.

Стъпка 33: Крака 9

Свържете горната част на коляното към големия клаксон на сервомотора на коляното с 4 малки винта и 1 голям винт.

Стъпка 34: Крака 10

Поставете още два шестостенни пръта от 210 мм върху коляното.

Стъпка 35: Крака 11

Започнете изграждането на бедрото, като поставите захранващ адаптер 5V10A в двете части на държача на захранващия адаптер.

Стъпка 36: Крака 12

Плъзнете бедрото в 2 -те шестоъгълни пръта на горния крак на робота.

Стъпка 37: Крака 13

Заключете бедрото на място, като поставите част от шарнирната става върху 2 -те шестоъгълни пръта на горната част на крака.

Стъпка 38: Крака 14

Започнете монтажа на тазобедрената става, като свържете голямата кръгла глава към клаксона на голям сервомотор.

Стъпка 39: Крака 15

Плъзнете хип серво държача върху големия серво мотор и затегнете 4 винта с 4 шайби.

Стъпка 40: Крака 16

Плъзнете хип серво сглобката в другата част на тазобедрената става, така че шарнирната става да може да се завърти. Закрепете това парче на място с 4 винта.

Стъпка 41: Крака 17

Прикрепете друго голямо серво към тазобедрената част с 4 винта и 4 шайби.

Стъпка 42: Крака 18

Закрепете частта на държача на серво за горния крак с 4 винта върху кръглата шарнирна връзка.

Стъпка 43: Крака 19

Закрепете изключително голямо серво към държача на серво за горната част на крака от предишната стъпка с 4 винта и 4 шайби.

Стъпка 44: Крака 20

Свържете завършения комплект на тазобедрената става към останалата част от крака в горната част на пантата. Закрепете го с 4 малки винта и един голям винт.

Стъпка 45: Крака 21

Свържете крака към долния край на останалата част от крака и го закрепете с 6 винта. Сега сте приключили с монтажа на крака. Повторете стъпки 25-45, за да създадете другия крак, така че да имате и десния, и левия крак за робота ASPIR.

Стъпка 46: Гърди 1

Започнете сглобяването на гърдите, като закрепите големи кръгови серво рога от лявата и дясната страна на голямото тазово парче.

Стъпка 47: Сандък 2

Поставете четири 120 мм шестостенни пръта върху тазовата част.

Стъпка 48: Гърди 3

Плъзнете държача на Arduino върху задните две шестостенни пръти. Поставете долната част на торса върху четирите шестоъгълни пръта.

Стъпка 49: Сандък 4

Прикрепете изключително голямо серво към долната част на торса и го закрепете на място с 4 винта и 4 шайби.

Стъпка 50: Сандък 5

Свържете изключително голям кръгъл серво рог към горната част на торса с 4 винта.

Стъпка 51: Сандък 6

На гърба на горната част на торса, прикрепете предпазната част на задния превключвател с 5 винта.

Стъпка 52: Гърди 7

Закрепете държача на уеб камерата в предната част на горната част на торса с 3 винта.

Стъпка 53: Сандък 8

Поставете USB уеб камера в държача на уеб камерата.

Стъпка 54: Сандък 9

Свържете горната част на торса с долната част на торса при изключително големия серво клаксон.

Стъпка 55: Гърди 10

Прикрепете Arduino Mega 2560 към задната Arduino плоча с 4 винта и 4 дистанционни елемента.

Стъпка 56: Гърди 11

Свържете Arduino Mega Servo Shield директно върху Arduino Mega 2560.

Стъпка 57: Обединяване 1

Свържете главата с модула на торса между шестоъгълния прът на врата и горната част на торса.

Стъпка 58: Обединяване 2

Обединете лявата, дясната и лявата рамена с останалата част от торса при шестоъгълните пръти на рамото.

Стъпка 59: Обединяване 3

Закрепете RC амортисьори под двете връзки на шестоъгълните пръти. Уверете се, че рамото може да се огъне около 30 градуса навън.

Стъпка 60: Обединяване 4

Слепете левия и десния крак заедно с останалата част от торса при големите хип серво. Използвайте големи винтове, за да фиксирате шарнирните съединения.

Стъпка 61: Окабеляване 1

На гърба на робота прикрепете 4-портов USB хъб директно над Arduino Mega Servo Shield.

Стъпка 62: Окабеляване 2

Започнете да свързвате всичките 33 серво към Arduino Mega Servo Shield, като използвате удължителните кабели на серво. Също така свържете лазерния далекомер от главата на робота към Arduino Mega Servo Shield. Препоръчваме да използвате стандартни кабелни връзки, за да организирате проводниците.

Стъпка 63: Окабеляване 3

И накрая, завършете окабеляването, като свържете Arduino Mega, телефона с Android и уеб камерата към 4-портовия USB концентратор, използвайки стандартни USB кабели. Свържете USB удължителен кабел, за да удължите дължината на 4-портовия USB хъб източник.

Стъпка 64: Черупки 1

Започнете да получавате черупките на главата, като закрепите съединителните пластини от вътрешната страна на задната част на главата на робота.

Стъпка 65: Черупки 2

Прикрепете частта на лицевата страна на робота към държача на телефонната плоча. Закрепете го с 4 винта.

Стъпка 66: Черупки 3

Завийте частта на задната глава на робота на частта от челната част на робота.

Стъпка 67: Черупки 4

Свържете задната част на гърлото на врата към монтажната част на робота. Уверете се, че проводниците на шията са плътно прилепнали вътре.

Стъпка 68: Черупки 5

Свържете предната обвивка на врата към монтажната част на врата на робота. Уверете се, че проводниците на шията са плътно прилепнали вътре.

Стъпка 69: Черупки 6

За всяко от лявото и дясното долно рамо, завийте частта на задната долна част на рамото.

Стъпка 70: Черупки 7

За всяко от лявото и дясното рамо, завийте частта на черупката на предната долна част на рамото. Уверете се, че проводниците на рамото са плътно прилепнали.

Стъпка 71: Черупки 8

За всяко от лявото и дясното рамо, завийте частта на черупката на задната част на рамото. Уверете се, че проводниците на рамото са плътно прилепнали.

Стъпка 72: Черупки 9

За всяко от лявото и дясното долно рамо завийте частта на черупката на предното рамо. Уверете се, че проводниците на рамото са плътно прилепнали.

Стъпка 73: Черупки 10

За всеки от левите и десните подбедрици завийте частта на черупката на долния крак отзад. Уверете се, че проводниците на краката са плътно прилепнали.

Стъпка 74: Черупки 11

За всеки от левите и десните подбедрици завийте частта на черупката на долния крак отпред. Уверете се, че проводниците на краката са плътно прилепнали.

Стъпка 75: Черупки 12

За всеки от левите и десните горни крака завийте частта на челната част на горната част на крака върху бедрата на захранващия адаптер. Уверете се, че проводниците на краката са плътно прилепнали.

Стъпка 76: Черупки 13

За всеки от левите и десните горни крака, завийте частта на задната част на горната част на крака върху бедрата на захранващия адаптер. Уверете се, че проводниците на краката са плътно прилепнали.

Стъпка 77: Черупки 14

За предната и задната част на долния торс на робота ASPIR, прикрепете предна част от черупка. Когато приключите, завийте и долната част на торса отзад.

Стъпка 78: Черупки 15

Прикрепете предната горна част на торса към предната част на гърдите на робота ASPIR, така че уеб камерата да излиза в центъра на торса. Когато приключите, завийте задната част на горната част на торса върху гърба на гърдите на робота ASPIR.

Стъпка 79: Довършителни щрихи

Уверете се, че винтовете са хубави и стегнати, а проводниците са плътно прилепнали във всички части на корпуса. Ако изглежда, че всичко е свързано правилно, тествайте всяко от сервото, като използвате примера на Arduino Servo Sweep на всеки от щифтовете. (Забележка: Обърнете специално внимание на всеки от диапазоните на серво, тъй като не всички сервоустройства имат възможност да завъртат пълните 0-180 градуса поради тяхното подреждане.)

Стъпка 80: Заключение

И ето го! Вашият собствен пълноразмерен 3D-принтиран хуманоиден робот, създаден с няколко месеца ваша добра, упорита работа. (Продължете и се потупайте по пакета няколко хиляди пъти. Спечелихте го.)

Вече сте свободни да правите каквото и да е инженери, изобретатели и новатори с напредничаво мислене като вас с хуманоидни роботи. Може би искате ASPIR да бъде роботизиран приятел, който да ви прави компания? Може би искате роботизиран ученик-приятел? Или може би искате да опитате да изградите армия от тези машини, за да завладеете света като дистопичния зъл луд учен, който знаете, че сте? (Ще се нуждаят от доста подобрения, преди да са готови за разгръщане на военни полета …)

Сегашният ми софтуер, за да накарам робота да направи тези неща, в момента е в процес на работа и със сигурност ще мине известно време, преди да стане напълно готов за работа. Поради прототипния си характер, имайте предвид, че сегашният дизайн на ASPIR е силно ограничен в своите възможности; със сигурност не е перфектен като сега и вероятно никога няма да бъде. Но това в крайна сметка е нещо добро - това оставя достатъчно място за подобряване, извършване на модификации и развитие на напредъка в областта на роботиката с изследвания, които наистина можете да наречете свое.

Ако решите да развиете този проект, моля, уведомете ме! Ще се радвам да видя какво можете да направите от този проект. Ако имате други въпроси, притеснения или коментари относно този проект или как бих могъл да се подобря, ще се радвам да чуя вашите мисли. Във всеки случай, надявам се да ви хареса да следвате тази инструкция толкова, колкото аз я написах. А сега вървете напред и правете страхотни неща!

Excelsior, -John Choi

Втора награда в конкурса Make it Move 2017