ASPIR: 3D-trykt Humanoid-robot i full størrelse: 80 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Autonomous Support and Positive Inspiration Robot (ASPIR) er en full størrelse, 4,3 fot åpen kildekode 3D-trykt humanoid robot som alle kan bygge med nok driv og besluttsomhet.

Innholdsfortegnelse Vi har delt denne massive 80-trinns instruksen i 10 lettleste kapitler som er lenket nedenfor for å gjøre det lettere å lese:

1. Intro
2. Deler
3. Våpen
4. Hode
5. Ben
6. Bryst
7. Sammenslåing
8. Kabling
9. Skjell
10. Konklusjon

Beskjeder: Dette er et veldig avansert og stort Instructables -prosjekt! Vi anbefaler at du har betydelig 3D-utskriftserfaring før du prøver dette prosjektet. Forventet byggetid vil være flere måneder med en estimert byggekostnad på omtrent $ 2500 (denne kostnaden kan være lavere eller høyere avhengig av hvilke leverandører du bruker og hvilke deler du allerede har). Vær oppmerksom på at denne instruksen bare dekker maskinvarekonstruksjonen, og ikke programvaren (denne er under utvikling). Når det er sagt, full fart fremover og lykke til!

Trinn 1: Om ASPIR

ASPIR er den åndelige etterfølgeren til Halley, Ambassador Robot 001 (2015), en populær billig, åpen kildekode, 2,6 fot laserskåret humanoid robot. I løpet av presentasjonen av Halley Robot har vi funnet ut at humanoide roboter er fantastiske til å se menneskelige ut og fremkalle sosial-emosjonelle svar fra menneskelige seere. Det er mange humanoide roboter der ute for salg, men de faller egentlig alle inn i bare to kategorier: rimelige leketøyhobbyistroboter som er mindre enn 2 fot høye og i full størrelse, og humanoid-roboter av forskningsgrad som koster mer enn nye sportsbiler. Vi ønsket å bringe det beste fra begge verdener sammen med en rimelig, åpen kildekode i full størrelse humanoid robot. Og dermed ble ASPIR -prosjektet født.

(PS En stor takk til Discovery Channel Canadas Daily Planet for produksjonen av videoen!: D)

Trinn 2: Om oss

Choitek er et avansert pedagogisk teknologiselskap forpliktet til å forberede dagens studenter til å bli morgendagens kunstnere, ingeniører og gründere ved å bygge de største, dristigste og mest utrolig fantastiske robotene for å lære og inspirere. Vi er lidenskapelige medlemmer av open source-samfunnet og tror at læring er maksimert til beste for alle når det ikke finnes noen proprietære sorte bokser for å skjule og skjule teknologi. Når det er sagt, håper vi at du vil bli med oss i dette spennende eventyret om å bygge fremtiden for robotikk sammen.

(Merk: Selskapet vårt forsker for tiden på å se hvordan humanoide roboter som ASPIR kan brukes til å inspirere flere jenter til STEM. Hvis du er interessert i å samarbeide med oss, er du velkommen til å gi oss beskjed!)

Trinn 3: Spesiell takk

ASPIR-prosjektet er muliggjort med den generøse støtten fra Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry fra Carnegie Mellon University:

"Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry er et fleksibelt laboratorium for nye former for kunstforskning, produksjon og presentasjon. STUDIO ble grunnlagt i 1989 ved College of Fine Arts ved Carnegie Mellon University (CMU), og fungerer som et lokus for hybridbedrifter på CMU-campus, Pittsburgh-regionen og internasjonalt. Vår nåværende vekt på nymediekunst bygger på mer enn to tiår med erfaring som vertskap for tverrfaglige kunstnere i et miljø beriket av vitenskaps- og ingeniøravdelinger i verdensklasse. Gjennom våre residenser og oppsøkende programmer, gir STUDIO muligheter for læring, dialog og forskning som fører til innovative gjennombrudd, ny politikk og omdefinering av kunstnernes rolle i en verden i rask endring."

Trinn 4: Servoer, servoer, servoer

Med 6 superstore mega-servoer per hvert ben, 4 standardmotorer med høyt dreiemoment for hver arm, 5 mikro-servoer i metall for hver hånd og 2 ekstra standard-servoer for hodets pan/tilt-mekanisme, ASPIR-robotens aktuatorer beveger seg med totalt svimlende 33 frihetsgrader. For din referanse har vi inkludert eksempler på referanselinker til forskjellige servomotorer du trenger for å bygge ASPIR -roboten:

• 10x Metal Gear Micro Servoer
• 10x standard servoer med høyt dreiemoment
• 13x Super-høye dreiemoment Superstørrelser

(Merk: Servokostnad og kvalitet er svært varierende avhengig av hvilken leverandør du bruker. Vi har gitt noen eksempler på lenker for å hjelpe deg på vei.)

Trinn 5: Elektronikk, elektronikk, elektronikk

I tillegg til 33 servomotorer med høyt dreiemoment, trenger du også en rekke andre elektroniske komponenter for å kontrollere og drive ASPIR-roboten. For din referanse har vi inkludert eksempler på referanselinker til andre elektroniske og mekaniske komponenter du trenger for å bygge ASPIR -roboten:

• 1x USB -webkamera
• 1x 4-port USB-hub
• 1x laseravstandsmåler
• 8x RC -støtdempere
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega Servo Shield
• 5,5-tommers Android-smarttelefon
• 50x Servo forlengelseskabler
• 2x 5V 10A strømadaptere
• 8x 210mm x 6mm aluminiums sekskantstenger
• 4x 120 mm x 6 mm aluminiums sekskantstenger
• 4x 100 mm x 6 mm aluminiums sekskantstenger
• 2x 75 mm x 6 mm aluminiums hex -stenger
• 1x 60 mm x 6 mm aluminiums sekskantstenger

(Merk: Selv om disse delene i linkene ovenfor vil være elektronisk kompatible, må du huske på at de eksakte CAD -dimensjonene som trengs for å tilpasse visse elektroniske og mekaniske deler, kan variere fra komponent til komponent.)

Trinn 6: 300 timer med 3D -utskrift

Som nevnt i innledningen tidligere, er ASPIR en super massiv 3D -utskrift. Med over 90 deler å skrive ut, forventes den totale estimerte utskriftstiden ved bruk av standard 3D -filamentekstrudering, fylling og laghøydeinnstillinger å være et sted i ballparken på 300 timer. Dette vil sannsynligvis forbruke 5 ruller med 1 kg filament, ikke inkludert utskriftsfeil og forsøk (Vi brukte Robo3D PLA -ruller for alle våre 3D -utskriftsbehov). Vær også oppmerksom på at du trenger en stor 3D -skriver med en minimumsplattestørrelse på 10x10x10in (250x250x250mm), for eksempel Lulzbot TAZ 6 for noen av de større 3D -trykte bitene av ASPIR -roboten. Her er alle filene du trenger for 3D -utskrift:

• Arm venstre
• Arm høyre
• Kropp
• Fot
• Hånd
• Hode
• Ben venstre
• Ben høyre
• Nakke
• Skjell

Når du har fått alle delene, la oss begynne

Trinn 7: Armer 1

Til å begynne med begynner vi med våre 3D -trykte hender. Disse hendene er spesielt designet for å være fleksible selv når du skriver ut med PLA. Fest 5 mikroservoer, en for hver finger på den 3D -trykte hånden.

Trinn 8: Armer 2

Fest nå håndleddet til hånden med to skruer. Sett deretter 100 mm aluminiums hex -stangen inn i håndleddet.

Trinn 9: Armer 3

Hvis du ikke allerede har gjort det, går du videre og legger strengen på mikroservoens horn med de fremre kantknappene på hver av fingrene. Sørg for å knytte en fast knute på hver av fingrene, og minimere snorhellingen ved å lage en tett forbindelse mellom mikroservohornet, strengen og den fremre kanten på hver finger.

Trinn 10: Armer 4

Fortsett konstruksjonen av armene ved å feste det nedre armstykket til enden av sekskantstangen. Fest en standard servo til underarmstykket og fest den med 4 skruer og skiver.

Trinn 11: Armer 5

Fortsett monteringen av armen ved å feste servohornshengseldelen til underarmen og fest den med 4 skruer.

Trinn 12: Armer 6

Forleng nå overarmen ved å stikke en annen 100 mm aluminiums sekskantstang inn i hengselleddet, og fest ytterligere en 3D -trykt hengselledd i den andre enden av 100 mm aluminiums sekskantstang.

Trinn 13: Armer 7

Vi monterer nå skulderleddet. Begynn med å ta tak i en annen standard servo og fest den til det første skulderstykket med 4 skruer og 4 skiver.

Trinn 14: Armer 8

Spor og fest skulderenheten til resten av skulderstykkene. Det nedre sirkulære stykket skal kunne svinge på servoens girakse.

Trinn 15: Armer 9

Koble skuldermonteringen til overarmsservomotoren med det siste skulderstykket med 4 ekstra skruer.

Trinn 16: Armer 10

Kombiner skulderenheten med den nedre/overarmsenheten ved svingpunktet øverst på armenheten. Delene skal skjøtes ved overarmens hengsleledd. Dette avslutter monteringen av ASPIRs arm.

(Merk: du må gjenta alle ti trinnene for armenheten for den andre armen, ettersom ASPIR har to armer, venstre og høyre.)

Trinn 17: Hode 1

Vi monterer nå hodet til ASPIR. Begynn med å feste en standard servo til robotens halsstykke med 4 skruer og 4 skiver.

Trinn 18: Hodet 2

På samme måte som den svingbare skuldermonteringen tidligere, fest et svingbart sirkulært hode til standard servohornet, og fest det med den sirkulære hodeholderen.

Trinn 19: Hodet 3

Fest nå basisplattformen til robotens hode på den sirkulære svingmekanismen for halsen fra forrige trinn med fire skruer.

Trinn 20: Hodet 4

Fest en annen standard servo til baseplattformen med 4 skruer og 4 skiver. Fest hodevippeleddene til servoens horn. Sørg for at hodevippeleddene kan snurre fritt.

Trinn 21: Hodet 5

Fest telefonens frontplateholder på forsiden av baseplattformen. Koble baksiden av telefonens frontplateholder til servo -tiltforbindelsene. Sørg for at hodet kan rotere 60 grader frem og tilbake.

Trinn 22: Hodet 6

Skyv 5,5-tommers Android-telefon inn i telefonens ansiktsholder. (En slank iPhone med samme dimensjoner bør gjøre susen også. Telefoner med andre dimensjoner er ikke testet.)

Trinn 23: Hodet 7

Sikre telefonens posisjon ved å feste laseravstandsmåleren på venstre side av robotens ansikt med 2 skruer.

Trinn 24: Hodet 8

Sett inn en sekskantet stang i 60 mm aluminium i bunnen av robotens hals. Dette avslutter monteringen av robotens hode.

Trinn 25: Ben 1

Vi begynner nå å montere ASPIRs ben. For å starte, fest robotens fremre og bakre fotstykker sammen med to store skruer. Sørg for at forfoten kan snurre fritt.

Trinn 26: Ben 2

Fest 2 RC -støtdempere på fremre og bakre fotstykker som vist. Fotstykket skal nå bøyes rundt 30 grader og sprette tilbake.

Trinn 27: Ben 3

Begynn å montere ankelen med to ekstra store servoer, og fest dem sammen med 4 skruer og 4 skiver.

Trinn 28: Ben 4

Fullfør tilkoblingen med det andre ankelstykket og fest forbindelsen med ytterligere 4 skruer og skiver.

Trinn 29: Ben 5

Fest fotkontaktstykket med en stor skrue på baksiden og 4 små skruer på servohornet.

Trinn 30: Ben 6

Fest den øverste ankelforbindelsen til resten av ankelenheten på den andre store servoen med 4 små skruer og en stor skrue.

Trinn 31: Ben 7

Fest to 210 mm sekskantede stenger til ankelenheten. I den andre enden av sekskantstengene, fest det nedre kneet.

Trinn 32: Ben 8

Fest en ekstra stor servo på kneet med 4 skruer og 4 skiver.

Trinn 33: Ben 9

Koble det øvre kneet til kneets store servomotorhorn med 4 små skruer og 1 stor skrue.

Trinn 34: Ben 10

Fest ytterligere 210 mm sekskantede stenger på kneet.

Trinn 35: Ben 11

Start konstruksjonen av låret ved å sette en 5V10A strømadapter inn i de to strømadapterholderdelene.

Trinn 36: Ben 12

Skyv lårenheten inn i de 2 sekskantstengene på robotens overben.

Trinn 37: Ben 13

Lås låret på plass ved å sette en hengselsleddel på de 2 sekskantstengene på overbenet.

Trinn 38: Ben 14

Begynn hofteleddet ved å koble det store sirkulære hodet til en stor servomotors horn.

Trinn 39: Ben 15

Skyv hofte -servoholderen på den store servomotoren og fest 4 skruer med 4 skiver.

Trinn 40: Ben 16

Skyv hofte servosammenstillingen inn i det andre hoftestykket slik at svingleddet kan snurre. Fest dette stykket på plass med 4 skruer.

Trinn 41: Ben 17

Fest en annen stor servo på hoftemodulen med 4 skruer og 4 skiver.

Trinn 42: Ben 18

Fest en øvre ben servoholderdel med 4 skruer, på den sirkulære svingleddet.

Trinn 43: Ben 19

Fest en ekstra stor servo på den store delen av servoholderen til det øvre benet fra forrige trinn med 4 skruer og 4 skiver.

Trinn 44: Ben 20

Koble den ferdige hoftemodulen til resten av beinmonteringen ved den øvre benhengsledelen. Fest den med 4 små skruer og en stor skrue.

Trinn 45: Ben 21

Koble fotenheten til den nedre enden av resten av beinet og fest den med 6 skruer. Du er nå ferdig med beinmonteringen for nå. Gjenta trinn 25-45 for å lage det andre benet slik at du har både høyre og venstre ben for ASPIR-roboten.

Trinn 46: Bryst 1

Begynn brystmonteringen med å feste store sirkulære servohorn på venstre og høyre side av det store bekkenstykket.

Trinn 47: Bryst 2

Sett fire 120 mm sekskantede stenger på bekkendelen.

Trinn 48: Bryst 3

Skyv en Arduino -holderplate på de to sekskantede stengene på baksiden. Fest det nedre torso -stykket på de fire sekskantstengene.

Trinn 49: Bryst 4

Fest en ekstra stor servo på det nedre torso -stykket og fest den på plass med 4 skruer og 4 skiver.

Trinn 50: Bryst 5

Koble et ekstra stort sirkulært servohorn på overkroppen med 4 skruer.

Trinn 51: Bryst 6

På baksiden av det øvre overkroppsstykket festes ryggbryterens beskyttelsesstykke med 5 skruer.

Trinn 52: Bryst 7

Fest webkameraholderen på forsiden av overkroppen med 3 skruer.

Trinn 53: Bryst 8

Sett et USB -webkamera inn i webkameraholderen.

Trinn 54: Bryst 9

Koble den øvre torso -enheten med den nedre torso -enheten ved det ekstra store servohornet.

Trinn 55: Bryst 10

Fest en Arduino Mega 2560 på den bakre Arduino -platen med 4 skruer og 4 avstandsstykker.

Trinn 56: Bryst 11

Koble Arduino Mega Servo Shield direkte på toppen av Arduino Mega 2560.

Trinn 57: Slå sammen 1

Koble hodemodulen med torso -enheten mellom sekskantstangen og overkroppen.

Trinn 58: Sammenslåing 2

Slå sammen venstre og høyre og venstre arm sammen med resten av torso -enheten ved skulderens sekskantede stenger.

Trinn 59: Slå sammen 3

Fest RC -støtdempere under begge heksens stangforbindelser. Sørg for at skulderenheten kan bøyes omtrent 30 grader utover.

Trinn 60: Sammenslåing 4

Slå sammen venstre og høyre ben til resten av torso -enheten på de store hofteservoene. Bruk store skruer for å feste svingleddene.

Trinn 61: Kabling 1

På baksiden av roboten, fest en 4-port USB-hub rett over Arduino Mega Servo Shield.

Trinn 62: Kabling 2

Begynn å koble alle 33 servoer til Arduino Mega Servo Shield ved hjelp av servo forlengelseskabler. Koble også laseravstandsmåler fra robotens hode til Arduino Mega Servo Shield. Vi anbefaler å bruke standard kabelbindere for å organisere ledningene.

Trinn 63: Kabling 3

Til slutt fullfører du ledningene ved å koble Arduino Mega, Android-telefonen og webkameraet til 4-ports USB-hub ved hjelp av standard USB-kabler. Fest en USB-forlengelseskabel for å forlenge lengden på 4-port USB Hub-kilden.

Trinn 64: Skjell 1

Begynn å få skallet på hodet ved å feste kontaktplatene på innsiden av robotens bakhodeskall.

Trinn 65: Skjell 2

Fest robotens frontplate på telefonplateholderen. Fest den med 4 skruer.

Trinn 66: Skjell 3

Skru på robotens bakre hodeskallstykke på robotens forside.

Trinn 67: Skjell 4

Koble nakkens bakre skallstykke til robotens halsenhet. Sørg for at nakketrådene sitter godt inni.

Trinn 68: Skjell 5

Koble det fremre skallstykket på nakken til robotens halsenhet. Sørg for at nakketrådene sitter godt inni.

Trinn 69: Skjell 6

For hver av venstre og høyre underarmer, skru på et bakre underarmskallstykke.

Trinn 70: Skjell 7

For hver av venstre og høyre underarmer, skru på et fremre underarmskallstykke. Sørg for at armtrådene sitter godt.

Trinn 71: Skjell 8

For hver av venstre og høyre overarmer, skru på et bakre overarmskallstykke. Sørg for at armtrådene sitter godt.

Trinn 72: Skjell 9

For hver av venstre og høyre underarmer, skru på et fremre overarmskallstykke. Sørg for at armtrådene sitter godt.

Trinn 73: Skjell 10

For hvert av venstre og høyre underben, skru på et bakre benskallstykke. Sørg for at bentrådene sitter godt.

Trinn 74: Skjell 11

For hvert av venstre og høyre underben, skru på et fremre underbenskallstykke. Sørg for at bentrådene sitter godt.

Trinn 75: Skjell 12

For hvert av venstre og høyre øvre ben, skru på det fremre øvre benskallstykket på strømadapterholderen. Sørg for at bentrådene sitter godt.

Trinn 76: Skjell 13

For hvert av venstre og høyre øvre ben, skru på et bakre øvre benskallstykke på strømadapterholderen. Sørg for at bentrådene sitter godt.

Trinn 77: Skjell 14

På forsiden og baksiden av ASPIR -robotens nedre torso, fest et fremre skallstykke. Når du er ferdig, skrur du også på et nedre torso -stykke på baksiden.

Trinn 78: Skjell 15

Fest den fremre overkroppen på overkroppen på forsiden av ASPIR -robotens bryst slik at webkameraet stikker ut i midten av overkroppen. Når du er ferdig, skrur du på den bakre delen av overkroppen på baksiden av brystet på ASPIR -roboten.

Trinn 79: Etterbehandling

Pass på at skruene er fine og tette og at ledningene sitter godt inne i alle skallbitene. Hvis alt ser ut til å være koblet til riktig, test hver av servoene ved å bruke Arduinos Servo Sweep -eksempel på hver av pinnene. (Merk: Vær nøye med hvert av servoområdene, ettersom ikke alle servoer har mulighet til å rotere hele 0-180 grader på grunn av arrangementet.)

Trinn 80: Konklusjon

Og der har du det! Din helt egen 3D-trykte humanoide robot i full størrelse, bygget med flere måneders godt og hardt arbeid. (Fortsett og klapp deg selv på pakken et par tusen ganger. Du har tjent det.)

Du står nå fritt til å gjøre hva fremadstormende ingeniører, oppfinnere og innovatører som deg gjør med humanoide roboter. Kanskje du vil at ASPIR skal være en robotvenn for å holde deg selskap? Kanskje du vil ha en robotstudie-kompis? Eller kanskje du vil prøve å bygge en hær av disse maskinene for å erobre verden som den dystopiske onde gale forskeren du vet du er? (Det kommer til å trenge ganske mange forbedringer før det er klart for innsetting av militære felt …)

Min nåværende programvare for å få roboten til å gjøre disse tingene er for tiden under arbeid, og det kommer sikkert til å ta en stund før den blir helt klar til bruk. På grunn av sin prototypiske natur, vær oppmerksom på at den nåværende designen til ASPIR er svært begrenset i funksjonene; det er absolutt ikke perfekt som det er nå, og det vil det sannsynligvis aldri bli. Men dette er til syvende og sist en god ting - dette gir god plass til å forbedre, gjøre endringer og utvikle fremskritt innen robotteknologi med forskning du virkelig kan kalle din egen.

Gi meg beskjed hvis du velger å videreutvikle dette prosjektet! Jeg vil absolutt se hva du kan få ut av dette prosjektet. Hvis du har andre spørsmål, bekymringer eller kommentarer om dette prosjektet eller hvordan jeg kan forbedre meg, vil jeg gjerne høre tankene dine. Uansett håper jeg at du likte å følge denne instruksen like mye som jeg hadde skrevet den. Gå nå ut og gjør flotte ting!

Excelsior, -John Choi

Andre pris i Make It Move -konkurransen 2017