ASPIR: 3D-gedrukte Humanoid-robot in volgrootte: 80 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Autonome ondersteuning en positiewe inspirasie-robot (ASPIR) is 'n open-source 3D-gedrukte humanoïde robot van 4,3 voet wat almal met genoeg dryfkrag en vasberadenheid kan bou.

Inhoudsopgawe Ons het hierdie massiewe instruksies van 80 stappe in 10 maklik leesbare hoofstukke verdeel vir u leesgemak:

1. Inleiding
2. Dele
3. Arms
4. Kop
5. Bene
6. Bors
7. Samesmelting
8. Bedrading
9. Skille
10. Afsluiting

Notas: Dit is 'n baie gevorderde en groot Instructables -projek! Ons beveel aan dat u aansienlike 3D-drukervaring het voordat u met hierdie projek begin. Die verwagte boutyd sal 'n paar maande duur met 'n geskatte boukoste van ongeveer $ 2500 (hierdie koste kan laer of hoër wees, afhangende van watter verskaffers u gebruik en watter onderdele u reeds het). Let daarop dat hierdie instruksies slegs die hardeware -konstruksie dek, en nie die sagteware nie (dit word tans ontwikkel). Met dit gesê, volspoed vorentoe en sterkte!

Stap 1: Oor ASPIR

ASPIR is die geestelike opvolger van Halley, die Ambassador Robot 001 (2015), 'n gewilde laekoste, oopbron, 2.6-voet laser-gesnyde humanoïde robot. In die loop van die vertoning van die Halley Robot, het ons gevind dat humanoïde robotte wonderlik is om menslik te lyk en sosiale-emosionele reaksies van menslike kykers op te wek. Daar is baie humanoïde robotte wat daar te koop is, maar hulle val almal regtig in net twee kategorieë: bekostigbare speelgoed-stokperdjie-robotte wat minder as 2 voet lank is, en volgrootte, en humanoïde robotte van navorsingsgraad wat meer kos as nuwe sportmotors. Ons wou die beste van albei wêrelde saambring met 'n bekostigbare, open-source humanoid-robot in volle grootte. En so is die ASPIR -projek gebore.

(P. S. Baie dankie aan Discovery Channel Canada se Daily Planet vir die vervaardiging van die video!: D)

Stap 2: Oor ons

Choitek is 'n gevorderde onderneming vir opvoedkundige tegnologie wat hom daartoe verbind om die studente van vandag voor te berei om die kunstenaars, ingenieurs en entrepreneurs van môre te word deur die grootste, gewaagde en ongelooflikste robotte te bou om te leer en te inspireer. Ons is passievolle lede van die open source-gemeenskap en glo dat leer tot die beste voordeel van almal is, as daar geen swart bokse is om tegnologie te verberg nie. Met dit gesê, hoop ons dat u saam met ons gaan in hierdie opwindende avontuur om die toekoms van robotika saam te bou.

(Let wel: ons onderneming doen tans navorsing oor hoe humanoïde robotte soos ASPIR gebruik kan word om meer meisies tot STEM te inspireer. Laat weet ons gerus!)

Stap 3: Spesiale dank

Die ASPIR-projek word moontlik gemaak met die vrygewige ondersteuning van die Frank-Ratchye STUDIO vir kreatiewe ondersoek van die Carnegie Mellon Universiteit:

"Die Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry is 'n buigsame laboratorium vir nuwe vorme van kunsnavorsing, produksie en aanbieding. Gestig in 1989 binne die College of Fine Arts aan die Carnegie Mellon Universiteit (CMU), dien die STUDIO as 'n lokus vir hibriede ondernemings op die CMU-kampus, die Pittsburgh-streek en internasionaal. Ons huidige klem op nuwe mediakuns bou voort op meer as twee dekades se ervaring om interdissiplinêre kunstenaars te huisves in 'n omgewing wat verryk is deur wetenskap- en ingenieursdepartemente van wêreldgehalte. Deur middel van ons koshuise en uitreikprogramme, bied die STUDIO geleenthede vir leer, dialoog en navorsing wat lei tot innoverende deurbrake, nuwe beleide en die herdefiniëring van die rol van kunstenaars in 'n vinnig veranderende wêreld."

Stap 4: Servo's, servo's, servo's

Met 6 supergrootte megaservo's per been, 4 standaard-servo's met 'n hoë wringkrag vir elke arm, 5 mikroservo`s vir elke hand en 2 ekstra servo's vir die kop se kantel-/kantelmeganisme, beweeg die ASPIR-robot se aandrywers met 'n verbysterende totaal van 33 grade van vryheid. Vir u verwysing het ons voorbeeldverwysingsskakels na verskillende servomotore ingesluit wat u nodig het om die ASPIR -robot te bou:

• 10x Metal Gear Micro Servos
• 10x standaard servo's met 'n hoë wringkrag
• 13x Super-groot servo-servo's

(Let wel: Servokoste en -kwaliteit is baie veranderlik, afhangende van watter verskaffer u gebruik. Ons het 'n paar voorbeeldskakels verskaf om u te help.)

Stap 5: Elektronika, elektronika, elektronika

Benewens 33 servomotors met 'n groot wringkrag, benodig u ook 'n verskeidenheid ander elektroniese komponente om die ASPIR-robot te bestuur en aan te dryf. Vir u verwysing het ons voorbeeldverwysingsskakels na ander elektroniese en meganiese komponente ingesluit wat u nodig het om die ASPIR -robot te bou:

• 1x USB -webkamera
• 1x 4-poort USB-hub
• 1x laser afstandsmeter
• 8x RC skokbrekers
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega Servo Shield
• 5.5-in Android-slimfoon
• 50x Servo -verlengkabels
• 2x 5V 10A kragadapters
• 8x 210mm x 6mm aluminium heksstange
• 4x 120mm x 6mm aluminium heksstange
• 4x 100 mm x 6 mm aluminium heksstange
• 2x 75 mm x 6 mm aluminium heksstange
• 1x 60 mm x 6 mm aluminium heksstange

(Let wel: alhoewel hierdie onderdele in die bogenoemde skakels elektronies versoenbaar is, moet u in gedagte hou dat die presiese CAD -afmetings wat nodig is om sekere elektroniese en meganiese onderdele aan te pas, per komponent kan verskil.)

Stap 6: 300 uur 3D -drukwerk

Soos voorheen in die inleiding genoem, is die ASPIR 'n super massiewe 3D -afdruk. Met meer as 90 dele om af te druk, sal die totale geskatte druktyd met behulp van standaard 3D -filamentekstrudering, invul- en laaghoogte -instellings iewers in die balpark van 300 uur wees. Dit sal waarskynlik 5 rolle filament van 1 kg (2,2 lb) verbruik, sonder drukfoute en herproewe (ons het Robo3D PLA -rolle gebruik vir al ons 3D -drukbehoeftes). Let ook daarop dat u 'n groot 3D -drukker met 'n minimum bouplaatgrootte van 10x10x10in (250x250x250mm) benodig, soos die Lulzbot TAZ 6 vir 'n paar van die groter 3D -gedrukte stukke van die ASPIR -robot. Hier is al die lêers wat u nodig het om in 3D te druk:

• Arm links
• Arm regs
• Liggaam
• Voet
• Hand
• Kop
• Been links
• Been regs
• Nek
• Skille

Sodra u al die dele gekry het, begin ons

Stap 7: Wapens 1

Om mee te begin, begin ons met ons 3D -gedrukte hande. Hierdie hande is spesiaal ontwerp om buigsaam te wees, selfs as u met PLA druk. Heg 5 mikroservo's aan, een vir elke vinger op die 3D -gedrukte hand.

Stap 8: Wapens 2

Maak nou die polsstuk met twee skroewe aan die hand vas. Steek dan die 100 mm aluminium heksestang in die polsstuk.

Stap 9: Wapens 3

As u dit nog nie gedoen het nie, voer die tou op die horings van die mikroservo met die voorste puntpunte op elk van die vingers. Maak seker dat u 'n stewige knoop aan al u vingers vasmaak en die tou van die tou verminder, deur 'n noue verbinding tussen die mikroservo-horing, die tou en die voorste punt van elke vinger te maak.

Stap 10: Wapens 4

Gaan voort met die bou van die arms deur die onderarmstuk aan die einde van die heksstaaf vas te maak. Bevestig 'n standaard servo aan die onderarmstuk en maak dit vas met 4 skroewe en ringe.

Stap 11: Wapens 5

Gaan voort met die montering van die arm deur die servohoring -skarnierdeel aan die onderarm vas te maak en dit met 4 skroewe vas te maak.

Stap 12: Wapens 6

Steek nou die bo -arm uit deur nog 'n 100 mm aluminium heksestang in die skarnierverbinding te steek en 'n ander 3D -gedrukte skarnierverbinding aan die ander kant van die 100mm aluminium heksestang vas te maak.

Stap 13: Wapens 7

Ons maak nou die skouergewrig bymekaar. Gryp 'n ander standaard servo en maak dit vas aan die eerste skouerstuk met 4 skroewe en 4 ringe.

Stap 14: Wapens 8

Maak die skouer aan die res van die skouerstukke vas en maak dit vas. Die onderste sirkelvormige deel moet op die servo se ratas kan draai.

Stap 15: Wapens 9

Koppel die skouermontering aan die bo -arm servomotor met die laaste skouerstuk met 4 ekstra skroewe.

Stap 16: Wapens 10

Kombineer die skouersamestelling met die onderste/bo -arm by die draaipunt bo -aan die arm. Die dele moet by die bo -arm se skarniergewrig aansluit. Dit sluit die montering van ASPIR se arm af.

(Let wel: u moet al tien stappe vir die armstel vir die ander arm herhaal, aangesien ASPIR twee arms, links en regs, het.)

Stap 17: Kop 1

Ons maak nou die kop van ASPIR bymekaar. Bevestig 'n standaard servo aan die nek van die robot met 4 skroewe en 4 ringe.

Stap 18: Kop 2

Soos die vroeëre draaibare skouermontage, bevestig 'n draaiende sirkelkop aan die standaard servohoring en bevestig dit met die sirkelkophouer.

Stap 19: Kop 3

Bevestig nou die basisplatform van die kop van die robot met vier skroewe op die draai -meganisme van die nek van die vorige stap.

Stap 20: Kop 4

Heg nog 'n standaard servo aan die basisplatform vas met 4 skroewe en 4 ringe. Bevestig kopskakelings aan die horing van die servo. Maak seker dat die koppelings van die kop vrylik kan draai.

Stap 21: Kop 5

Bevestig die telefoonplaathouer aan die voorkant van die basisplatform. Koppel die agterkant van die telefoonplaathouer aan die servo -kantelskakels. Maak seker dat die kop 60 grade heen en weer kan draai.

Stap 22: Kop 6

Skuif die 5.5-duim Android-foon in die telefoonhouer. ('N Slanke iPhone met dieselfde afmetings behoort ook die ding te doen. Telefone met ander afmetings is nie getoets nie.)

Stap 23: Kop 7

Bevestig die telefoon se posisie deur die laserafstandmeter aan die linkerkant van die robot se gesig vas te maak met 2 skroewe.

Stap 24: Kop 8

Plaas 'n 60 mm aluminium heksestang in die onderkant van die robot se nek. Dit sluit die montering van die robot se kop af.

Stap 25: bene 1

Ons begin nou met die montering van ASPIR se bene. Om te begin, maak die robot se voorste en agterste voetstukke vas met twee groot skroewe. Maak seker dat die voorvoet vrylik kan draai.

Stap 26: bene 2

Bevestig 2 RC -skokbrekers op die voorste en agterste voetstukke soos aangedui. Die voetstuk moet nou ongeveer 30 grade buig en terugspring.

Stap 27: bene 3

Monteer die enkel met twee ekstra groot servo's en maak dit vas met 4 skroewe en 4 ringe.

Stap 28: bene 4

Voltooi die verbinding met die ander enkelstuk en maak die verbinding vas met nog 4 skroewe en ringe.

Stap 29: bene 5

Bevestig die voetverbinderstuk met een groot skroef aan die agterkant en 4 klein skroewe op die servohoring.

Stap 30: bene 6

Bevestig die boonste enkelverbinding aan die res van die enkelstel op die ander groot servo met 4 klein skroewe en een groot skroef.

Stap 31: bene 7

Bevestig twee heksestange van 210 mm aan die enkelsamestelling. Aan die ander kant van die seskantstange, steek die onderste kniestuk vas.

Stap 32: bene 8

Bevestig 'n ekstra groot servo op die kniestuk met 4 skroewe en 4 ringe.

Stap 33: bene 9

Verbind die boonste kniestuk op die knie se groot servomotorhoring met 4 klein skroewe en 1 groot skroef.

Stap 34: bene 10

Plaas nog twee 210 mm heksestange op die knie.

Stap 35: bene 11

Begin met die bou van die dy deur 'n 5V10A -kragadapter in die twee stukke houers van die adapter te steek.

Stap 36: bene 12

Skuif die bobeen in die 2 heksstange op die robot se bobeen.

Stap 37: bene 13

Sluit die bobeen vas deur 'n skarniergewrigdeel op die 2 heksstange op die bobeen te steek.

Stap 38: bene 14

Begin die heupgewrig by die aansluiting van die groot sirkelkop op die horing van 'n groot servomotor.

Stap 39: Bene 15

Skuif die heup -servohouer op die groot servomotor en maak 4 skroewe met 4 ringe vas.

Stap 40: bene 16

Skuif die heup servosamestelling in die ander heupstuk sodat die spilgewrig kan draai. Maak hierdie stuk vas met 4 skroewe.

Stap 41: bene 17

Heg nog 'n groot servo aan die heupeenheid vas met 4 skroewe en 4 ringe.

Stap 42: bene 18

Bevestig 'n servohouer -deel van die bobeen met 4 skroewe op die sirkelvormige draaipunt.

Stap 43: bene 19

Bevestig 'n ekstra groot servo aan die groot gedeelte van die boonste been servohouer van die vorige stap met 4 skroewe en 4 ringe.

Stap 44: bene 20

Koppel die voltooide heupeenheid aan die res van die been by die skarniergewrig van die bobeen. Maak dit vas met 4 klein skroewe en een groot skroef.

Stap 45: bene 21

Koppel die voetstuk aan die onderkant van die res van die been en maak dit vas met 6 skroewe. U is nou klaar met die beenmontering. Herhaal stappe 25-45 om die ander been te skep sodat u die regter- en linkerbene vir die ASPIR-robot het.

Stap 46: Bors 1

Begin die borskas deur groot sirkelvormige servohorings aan die linker- en regterkant van die groot bekkenstuk vas te maak.

Stap 47: Bors 2

Plaas vier 120 mm heksestange op die bekkendeel.

Stap 48: Bors 3

Skuif 'n Arduino -houerplaat op die agterste twee seskantstange. Sit die onderste bolyf op die vier heksstange vas.

Stap 49: Bors 4

Heg 'n ekstra groot servo aan die onderkant van die bolyf vas en maak dit vas met 4 skroewe en 4 ringe.

Stap 50: Bors 5

Koppel 'n ekstra groot sirkelvormige servohoring op die bolyf met 4 skroewe.

Stap 51: Bors 6

Bevestig die agterkant van die rugskakelaar met 5 skroewe aan die agterkant van die bolyf.

Stap 52: Bors 7

Maak die webcamhouer aan die voorkant van die bolyf met 3 skroewe vas.

Stap 53: Bors 8

Steek 'n USB -webkamera in die houer van die webkamera.

Stap 54: Bors 9

Verbind die bolyf met die onderste bolyf by die ekstra groot servohoring.

Stap 55: Bors 10

Bevestig 'n Arduino Mega 2560 op die agterste Arduino -plaat met 4 skroewe en 4 afstandhouers.

Stap 56: Bors 11

Koppel die Arduino Mega Servo Shield direk bo -op die Arduino Mega 2560.

Stap 57: samesmelting 1

Verbind die kop met die bolyf tussen die nekstang en die bolyf.

Stap 58: samesmelting 2

Voeg die linker- en regter- en linkerarms saam met die res van die bolyf by die skouerstok van die skouer.

Stap 59: samesmelting 3

Bevestig RC -skokbrekers onder albei seskantstangverbindings. Maak seker dat die skouersamestelling ongeveer 30 grade na buite kan buig.

Stap 60: samesmelting 4

Voeg die linker- en regterbene saam met die res van die bolyf by die groot heup servo's. Gebruik groot skroewe om die draaipunte vas te maak.

Stap 61: Bedrading 1

Heg aan die agterkant van die robot 'n USB-hub met 4 poort reg bo die Arduino Mega Servo Shield.

Stap 62: Bedrading 2

Begin met die bedrading van al 33 servo's met die servo -verlengkabels na die Arduino Mega Servo Shield. Sluit ook die laserafstandafstandmeter van die robot se kop aan op die Arduino Mega Servo Shield. Ons beveel aan dat u standaard kabelbinders gebruik om die drade te organiseer.

Stap 63: Bedrading 3

Voltooi uiteindelik die bedrading deur die Arduino Mega, die Android-telefoon en die webcam aan te sluit op die 4-poort USB-hub met behulp van standaard USB-kabels. Koppel 'n USB-verlengkabel om die lengte van die 4-poort USB-hubbron te verleng.

Stap 64: Skille 1

Begin om die skulpe van die kop te kry deur die verbindingsplate aan die binnekant van die robot se agterste kopstuk vas te maak.

Stap 65: Skille 2

Bevestig die voorkant van die robot op die telefoonplaathouer. Maak dit vas met 4 skroewe.

Stap 66: Skille 3

Skroef die robot se agterste kopstuk op die voorkant van die robot vas.

Stap 67: Skille 4

Koppel die agterkant van die nek aan die nek van die robot. Maak seker dat die nekdrade styf binne pas.

Stap 68: Skille 5

Koppel die voorste dopstuk van die nek aan die nek van die robot. Maak seker dat die nekdrade styf binne pas.

Stap 69: Skille 6

Skroef 'n agterste onderarm dopstuk vir elk van die linker en regter onderarms vas.

Stap 70: Skille 7

Skroef 'n voorste onderarm dopstuk vir elk van die linker en regter onderarms vas. Maak seker dat die armdrade styf pas.

Stap 71: Skille 8

Skroef 'n agterste bo -arm dopstuk vir elk van die linker en regter bo -arms vas. Maak seker dat die armdrade styf pas.

Stap 72: Skille 9

Skroef 'n voorste bo -arm dopstuk vir elk van die linker en regter onderarm vas. Maak seker dat die armdrade styf pas.

Stap 73: Skille 10

Skroef 'n agterste onderbeen dopstuk vas vir elk van die linker en regter onderbene. Maak seker dat die beendrade styf pas.

Stap 74: Skille 11

Skroef 'n voorste onderbeen -dopstuk vir elk van die linker- en regteronderbene vas. Maak seker dat die beendrade styf pas.

Stap 75: Skille 12

Skroef 'n voorste deel van die boonste been op die bobeen van die kragadapterhouer vas vir elk van die linker- en regterbobene. Maak seker dat die beendrade styf pas.

Stap 76: Skille 13

Skroef 'n stuk stuk boonste been aan die agterkant van die kragadapterhouer se dye vas vir elk van die linker- en regterbobene. Maak seker dat die beendrade styf pas.

Stap 77: Skille 14

Heg 'n voorste dopstuk aan die voorkant en agterkant van die ASPIR -robot se onderlyf. As u klaar is, skroef u ook 'n onderkant van die bolyf aan.

Stap 78: Skille 15

Heg die voorste bolyf van die bolyf aan die voorkant van die ASPIR -robot se bors vas sodat die webkamera in die middel van die bolyf uitsteek. As u klaar is, skroef u die agterste bolyf op die agterkant van die ASPIR -robot se bors vas.

Stap 79: afwerking

Maak seker dat die skroewe stewig vas is en dat die drade styf in al die stukke pas. As dit lyk asof alles reg aangesluit is, toets elkeen van die servo's met behulp van Arduino se Servo Sweep -voorbeeld op elk van die penne. (Let wel: let op elkeen van die servo-reekse, aangesien nie alle servo's die volle 0-180 grade kan draai as gevolg van hul rangskikking nie.)

Stap 80: Gevolgtrekking

En daar het jy dit! U eie 3D-gedrukte humanoïde robot in volle grootte, gebou met 'n paar maande se harde werk. (Gaan klop jouself 'n paar duisend keer op die pakkie. Jy het dit verdien.)

U is nou vry om alles wat vooruitdenkende ingenieurs, uitvinders en innoveerders doen, net soos u met humanoïde robotte te doen. Wil u miskien hê dat ASPIR 'n robotvriend moet wees om u geselskap te hou? Miskien wil u 'n robotstudie-maat hê? Of wil u probeer om 'n leër van hierdie masjiene te bou om die wêreld te verower, soos die distopiese bose gekke wetenskaplike wat u weet dat u is? (Dit sal 'n hele paar verbeterings benodig voordat dit gereed is vir militêre veldontplooiings …)

My huidige sagteware om die robot hierdie dinge te laat doen, is tans in werking, en dit sal beslis 'n rukkie neem voordat dit heeltemal gereed is om te begin. As gevolg van die prototipiese aard daarvan, let op dat die huidige ontwerp van ASPIR baie beperk is; dit is beslis nie perfek soos dit nou is nie en dit sal waarskynlik ook nooit wees nie. Maar dit is uiteindelik 'n goeie ding - dit laat genoeg ruimte om te verbeter, wysigings aan te bring en vooruitgang op die gebied van robotika te ontwikkel met navorsing wat u werklik u eie kan noem.

Laat weet my as u besluit om hierdie projek verder te ontwikkel! Ek sal absoluut wil sien wat u uit hierdie projek kan maak. As u enige ander vrae, kommer of kommentaar oor hierdie projek het of hoe ek dit kan verbeter, hoor ek graag u mening. Ek hoop in elk geval dat u dit so geniet het as wat ek dit geskryf het. Gaan nou uit en doen wonderlike dinge!

Excelsior, -John Choi

Tweede prys in die Make It Move Contest 2017