ASPIR: robot humanoide imprès en 3D de mida completa: 80 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

El robot autònom d’assistència i inspiració positiva (ASPIR) és un robot humanoide de font oberta de 4,3 peus de mida completa imprès en 3D que tothom pot construir amb prou impuls i determinació.

Hem dividit aquesta enorme instrucció de 80 passos en 10 capítols fàcils de llegir enllaçats a continuació per facilitar la lectura:

1. Introducció
2. Parts
3. Braços
4. Cap
5. Cames
6. Cofre
7. Fusió
8. Cablejat
9. Petxines
10. Conclusió

Notes: Aquest és un projecte Instructables molt gran i molt avançat. Us recomanem que tingueu una experiència important en impressió 3D abans d’intentar aquest projecte. El temps de construcció previst serà de diversos mesos, amb un cost de construcció estimat aproximat de 2.500 dòlars (aquest cost pot ser inferior o superior en funció dels proveïdors que utilitzeu i de les peces que ja tingueu). Tingueu en compte que aquesta instrucció només cobreix la construcció del maquinari i no el programari (actualment està en fase de desenvolupament). Dit això, tota la velocitat per davant i molta sort!

Pas 1: Quant a ASPIR

ASPIR és el successor espiritual de Halley, l'Ambassador Robot 001 (2015), un popular robot humanoide de baix cost i de codi obert de 2,6 peus tallat amb làser. Al llarg de la presentació del robot Halley, hem descobert que els robots humanoides són increïbles a l’hora de mirar humans i provocar respostes socioemocionals dels espectadors humans. Hi ha molts robots humanoides a la venda, però realment es divideixen en només dues categories: robots assequibles per a aficionats a les joguines de menys de 2 peus d’alçada i de mida completa i robots humanoides de qualitat investigadora que costen més que els nous cotxes esportius. Volíem reunir el millor d’ambdós mons amb un robot humanoide de mida completa assequible i de font obert. I així va néixer el projecte ASPIR.

(P. S. Un gran agraïment al Daily Planet de Discovery Channel Canada per la producció del vídeo.: D)

Pas 2: Sobre nosaltres

Choitek és una empresa de tecnologia educativa avançada compromesa a preparar els estudiants d’avui per convertir-se en els artistes, enginyers i empresaris del demà mitjançant la construcció dels robots més grans, atrevits i increïblement fantàstics per ensenyar i inspirar. Som membres apassionats de la comunitat de codi obert i creiem que l’aprenentatge es maximitza per al bé de tothom quan no hi ha cap caixa negra exclusiva que dissimuli i ofuscui la tecnologia. Dit això, esperem que us acompanyeu en aquesta emocionant aventura de construir junts el futur de la robòtica.

(Nota: la nostra empresa està investigant actualment per veure com es poden utilitzar robots humanoides com ASPIR per inspirar més noies a STEM. Si esteu interessats en col·laborar amb nosaltres, no dubteu en fer-nos-ho saber.)

Pas 3: gràcies especials

El projecte ASPIR és possible amb el generós suport de Frank-Ratchye STUDIO per a la investigació creativa de la Universitat Carnegie Mellon:

"El Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry és un laboratori flexible per a nous modes de recerca, producció i presentació artística. Fundat el 1989 al College of Fine Arts de la Universitat Carnegie Mellon (CMU), el STUDIO serveix de lloc per a empreses híbrides al campus de la CMU, a la regió de Pittsburgh i a nivell internacional. El nostre èmfasi actual en les arts dels nous mitjans es basa en més de dues dècades d’experiència acollint artistes interdisciplinaris en un entorn enriquit per departaments de ciències i enginyeria de primer nivell mundial. A través de les nostres residències i programes de divulgació., STUDIO proporciona oportunitats d’aprenentatge, diàleg i investigació que condueixen a avenços innovadors, noves polítiques i la redefinició del paper dels artistes en un món que canvia ràpidament."

Pas 4: Servos, Servos, Servos

Amb 6 mega servos superdimensionals per cada pota, 4 servos estàndard d’alt parell per a cada braç, 5 micro servos d’engranatges metàl·lics per a cada mà i 2 servos estàndard addicionals per al mecanisme de panoràmica / inclinació del cap, els actuadors del robot ASPIR es mouen amb un sorprenent total de 33 graus de llibertat. Per a la vostra referència, hem inclòs exemples d’enllaços de referència a diversos servomotors que necessitareu per construir el robot ASPIR:

• 10 Servos Micro Gear Metal Gear
• Servos estàndard de 10 parells elevats
• Servos superdimensionals de 13 parells super elevats

(Nota: El cost i la qualitat del servidor són molt variables segons el proveïdor que utilitzeu. Hem proporcionat alguns enllaços de mostra per ajudar-vos en el vostre camí.)

Pas 5: electrònica, electrònica, electrònica

A més de 33 servomotors d’alt parell, també necessitareu altres components electrònics per controlar i alimentar el robot ASPIR. Per a la vostra referència, hem inclòs exemples d’enllaços de referència a altres components electrònics i mecànics que necessitareu per construir el robot ASPIR:

• 1 càmera web USB
• 1x concentrador USB de 4 ports
• 1x Telemetre làser
• 8x amortidors RC
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega Servo Shield
• 5.5: telèfon intel·ligent Android
• Cables d'extensió servo 50x
• Adaptadors d'alimentació 2x 5V 10A
• Varetes hexagonals d'alumini de 8x 210mm x 6mm
• Varetes hexagonals d'alumini 4x 120 mm x 6 mm
• Varetes hexagonals d'alumini 4x 100mm x 6mm
• Varetes hexagonals d'alumini de 2x 75mm x 6mm
• 1x Varetes hexagonals d'alumini de 60 mm x 6 mm

(Nota: Tot i que aquestes parts proporcionades als enllaços anteriors seran compatibles electrònicament, tingueu en compte que les dimensions CAD exactes necessàries per adaptar certes parts electròniques i mecàniques poden variar segons el component.)

Pas 6: 300 hores d'impressió 3D

Com es va esmentar a la introducció anteriorment, l'ASPIR és una tasca d'impressió 3D molt massiva. Amb més de 90 parts per imprimir, s’espera que el temps d’impressió total estimat mitjançant l’extrusió de filament 3D estàndard, els paràmetres d’ompliment i l’alçada de la capa sigui de 300 hores. Probablement es consumiran 5 rotlles de filament d’1 kg (2,2 lliures lliures), sense incloure fallades d’impressió i reintents (hem utilitzat rotlles PLA Robo3D per a totes les nostres necessitats d’impressió 3D). Tingueu en compte també que necessitareu una impressora 3D gran amb una mida mínima de la placa de construcció de 250x250x250mm (10x10x10in), com ara el Lulzbot TAZ 6 per a algunes de les peces impreses en 3D més grans del robot ASPIR. Aquests són tots els fitxers que necessiteu per imprimir en 3D:

• Braç esquerre
• Braç dret
• Cos
• Peu
• Mà
• Cap
• Cama esquerra
• Cama dreta
• Coll
• Petxines

Un cop tingueu totes les parts, comencem

Pas 7: braços 1

Per començar, començarem amb les nostres mans impreses en 3D. Aquestes mans estan especialment dissenyades per ser flexibles fins i tot quan s’imprimeix amb PLA. Connecteu 5 micro servos, un per cada dit a la mà impresa en 3D.

Pas 8: braços 2

Ara, fixeu la peça del canell a la mà amb dos cargols. A continuació, introduïu la barra hexagonal d'alumini de 100 mm a la peça del canell.

Pas 9: braços 3

Si encara no ho heu fet, seguiu endavant i enruteu la corda cap a les banyes del micro servo amb els nusos de vora avançats a cadascun dels dits. Assegureu-vos de lligar un nus ferm a cadascun dels dits i minimitzeu la inclinació de la corda fent una connexió estreta entre la micro banya de servo, la corda i el nub de la vora davantera de cada dit.

Pas 10: braços 4

Continueu la construcció dels braços fixant la peça inferior del braç a l'extrem de la barra hexagonal. Connecteu un servo estàndard a la peça del braç inferior i fixeu-lo amb 4 cargols i arandeles.

Pas 11: braços 5

Continueu el muntatge del braç fixant la part de la frontissa del servocorn al braç inferior i subjecteu-la amb 4 cargols.

Pas 12: braços 6

Ara, esteneu el braç superior inserint una altra barra hexagonal d'alumini de 100 mm a la articulació de la frontissa i fixeu una altra articulació de frontissa impresa en 3D a l'altre extrem de la barra hexagonal d'alumini de 100 mm.

Pas 13: armes 7

Ara estem muntant l’articulació de l’espatlla. Comenceu agafant un altre servo estàndard i fixeu-lo a la primera peça amb 4 cargols i 4 volanderes.

Pas 14: armes 8

Ranureu i fixeu el conjunt de les espatlles a la resta de trossos d’espatlla. La peça circular inferior ha de ser capaç de girar sobre l'eix d'engranatge del servo.

Pas 15: armes 9

Connecteu el conjunt de l'espatlla al servomotor del braç superior amb l'última espatlla amb 4 cargols addicionals.

Pas 16: braços 10

Combineu el conjunt de les espatlles amb el conjunt del braç inferior / superior al punt giratori de la part superior del conjunt del braç. Les parts s’han d’ajuntar a l’articulació de la frontissa del braç superior. D’aquesta manera es conclou el muntatge del braç d’ASPIR.

(Nota: haureu de repetir els deu passos per al conjunt del braç de l’altre braç, ja que ASPIR té dos braços, esquerra i dreta.)

Pas 17: cap 1

Ara estem muntant el cap d’ASPIR. Comenceu fixant un servo estàndard a la peça del coll del robot amb 4 cargols i 4 volanderes.

Pas 18: cap 2

Igual que el conjunt de les espatlles pivotants anteriorment, fixeu un cap circular pivotant a la banya de servo estàndard i assegureu-lo amb el suport del cap circular.

Pas 19: cap 3

Ara poseu la plataforma base del cap del robot al mecanisme de pivot del coll circular del pas anterior amb quatre cargols.

Pas 20: cap 4

Connecteu un altre servo estàndard a la plataforma base amb 4 cargols i 4 volanderes. Connecteu els enllaços d’inclinació del cap a la trompa del servo. Assegureu-vos que els enllaços d’inclinació del cap puguin girar lliurement.

Pas 21: cap 5

Connecteu el suport de la placa frontal del telèfon a la part frontal de la plataforma base. Connecteu la part posterior del suport de la placa frontal del telèfon als enllaços d’inclinació del servo. Assegureu-vos que el cap pot girar cap enrere i cap enrere 60 graus.

Pas 22: cap 6

Feu lliscar el telèfon Android de 5,5 polzades al suport de la cara del telèfon. (Un iPhone prim amb les mateixes dimensions també hauria de fer el truc. Els telèfons amb altres dimensions no s'han provat.)

Pas 23: cap 7

Assegureu la posició del telèfon subjectant el telemetre làser a la part esquerra de la cara del robot amb 2 cargols.

Pas 24: cap 8

Introduïu una barra hexagonal d'alumini de 60 mm a la part inferior del coll del robot. D’aquesta manera es conclou el muntatge del cap del robot.

Pas 25: potes 1

Ara comencem el muntatge de les potes d'ASPIR. Per començar, fixeu les peces del peu endavant i posterior del robot juntes amb dos cargols grans. Assegureu-vos que l’avantpeu pugui girar lliurement.

Pas 26: potes 2

Col·loqueu 2 amortidors RC a les peces del peu endavant i posterior tal com es mostra. La peça del peu ara hauria de flexionar-se aproximadament uns 30 graus i rebotar.

Pas 27: potes 3

Comenceu a muntar el turmell amb dos servos molt grans i subjecteu-los amb 4 cargols i 4 volanderes.

Pas 28: potes 4

Completeu la connexió amb l’altra peça del turmell i fixeu la connexió amb 4 cargols i arandeles més.

Pas 29: potes 5

Connecteu la peça del connector del peu amb un cargol gran a la part posterior i 4 cargols petits a la banya del servo.

Pas 30: Cames 6

Connecteu el connector superior del turmell a la resta del conjunt del turmell de l’altre servo gran amb 4 cargols petits i un cargol gran.

Pas 31: potes 7

Introduïu dues varetes hexagonals de 210 mm al conjunt del turmell. A l’altre extrem de les barres hexagonals, ranureu la peça inferior del genoll.

Pas 32: potes 8

Fixeu un servo extra gran a la peça del genoll amb 4 cargols i 4 volanderes.

Pas 33: cames 9

Connecteu la peça superior del genoll a la banya del servomotor gran del genoll amb 4 cargols petits i 1 cargol gran.

Pas 34: potes 10

Introduïu dues varetes hexagonals de 210 mm més al conjunt del genoll.

Pas 35: potes 11

Comenceu la construcció de la cuixa inserint un adaptador de corrent de 5V10A en les dues peces del suport de l'adaptador de corrent.

Pas 36: Cames 12

Feu lliscar el conjunt de la cuixa a les 2 barres hexagonals de la cama superior del robot.

Pas 37: potes 13

Bloquejar la cuixa al seu lloc inclinant una part de la frontissa sobre les 2 barres hexagonals de la part superior de la cama.

Pas 38: potes 14

Comenceu el muntatge de l’articulació del maluc connectant el gran cap circular a la banya d’un gran servomotor.

Pas 39: potes 15

Feu lliscar el suport del servomancell al gran servomotor i subjecteu 4 cargols amb 4 volanderes.

Pas 40: potes 16

Feu lliscar el conjunt del servo de maluc a l’altra peça de maluc de manera que la articulació del pivot pugui girar. Fixa aquesta peça al seu lloc amb 4 cargols.

Pas 41: potes 17

Connecteu un altre servo gran al conjunt del maluc amb 4 cargols i 4 volanderes.

Pas 42: Cames 18

Fixeu una peça del suport de la cama superior amb 4 cargols a la articulació circular.

Pas 43: potes 19

Fixeu un servo extra gran al suport de servo de la part superior de la part gran del pas anterior amb 4 cargols i 4 volanderes.

Pas 44: potes 20

Connecteu el conjunt de maluc completat a la resta del conjunt de cames a la part articulació de la frontissa superior de la cama. Fixeu-lo amb 4 cargols petits i un cargol gran.

Pas 45: potes 21

Connecteu el conjunt del peu a l'extrem inferior de la resta del conjunt de la cama i fixeu-lo amb 6 cargols. Ara heu acabat amb el conjunt de cames per ara. Repetiu els passos 25-45 per crear l’altra cama de manera que tingueu les cames dreta i esquerra per al robot ASPIR.

Pas 46: pit 1

Comenceu el muntatge del pit fixant les grans banyes de servo circulars als costats esquerre i dret de la gran peça de la pelvis.

Pas 47: pit 2

Introduïu quatre varetes hexagonals de 120 mm a la part de la pelvis.

Pas 48: pit 3

Feu lliscar una placa de suport Arduino a les dues barres hexagonals posteriors. Col·loqueu la peça inferior del tors sobre les quatre barres hexagonals.

Pas 49: pit 4

Col·loqueu un servo extra gran a la peça inferior del tors i subjecteu-lo al seu lloc amb 4 cargols i 4 volanderes.

Pas 50: pit 5

Connecteu una banya de servo circular molt gran a la peça superior del tors amb 4 cargols.

Pas 51: pit 6

A la part posterior de la peça superior del tors, fixeu la peça de protecció de l’interruptor posterior amb 5 cargols.

Pas 52: pit 7

Fixeu el suport de la càmera web a la part frontal del conjunt superior del tors amb 3 cargols.

Pas 53: pit 8

Introduïu una càmera web USB al suport de la càmera web.

Pas 54: pit 9

Connecteu el conjunt del tors superior amb el conjunt del tors inferior a la banya del servo extra gran.

Pas 55: pit 10

Connecteu un Arduino Mega 2560 a la placa Arduino posterior amb 4 cargols i 4 separadors.

Pas 56: pit 11

Connecteu l'Arduino Mega Servo Shield directament a la part superior de l'Arduino Mega 2560.

Pas 57: Fusió 1

Connecteu el conjunt del cap amb el conjunt del tors entre la barra hexagonal del coll i la peça superior del tors.

Pas 58: fusionar 2

Combineu els conjunts de braços esquerre i dret i esquerre amb la resta del conjunt del tors a les barres hexagonals de l'espatlla.

Pas 59: Fusió 3

Fixeu els amortidors RC sota les connexions de la barra hexagonal dels dos braços. Assegureu-vos que el conjunt de les espatlles es pugui flexionar uns 30 graus cap enfora.

Pas 60: Fusió 4

Combineu les cames dreta i esquerra juntes amb la resta del conjunt del tors als grans servos del maluc. Utilitzeu cargols grans per assegurar les juntes de pivot.

Pas 61: cablejat 1

A la part posterior del robot, connecteu un concentrador USB de 4 ports directament a sobre del mega servo Shield Arduino.

Pas 62: cablejat 2

Comenceu a connectar els 33 servos a l'Arduino Mega Servo Shield mitjançant els cables d'extensió del servo. Connecteu també el telemetre de distància làser des del cap del robot a l’Arduino Mega Servo Shield. Us recomanem que utilitzeu lligadures de cable estàndard per ajudar a organitzar els cables.

Pas 63: cablejat 3

Finalment, completeu el cablejat connectant l’Arduino Mega, el telèfon Android i la càmera web al concentrador USB de 4 ports mitjançant cables USB estàndard. Connecteu un cable d’extensió USB per ampliar la longitud de la font del concentrador USB de 4 ports.

Pas 64: Shells 1

Comenceu a obtenir les carcasses del cap subjectant les plaques de connectors a l'interior de la carcassa del cap posterior del robot.

Pas 65: petxines 2

Connecteu la peça frontal de la carcassa del robot al suport de la placa del telèfon. Fixeu-lo amb 4 cargols.

Pas 66: petxines 3

Cargoleu la peça de la carcassa del cap posterior del robot a la peça de la carcassa frontal del robot.

Pas 67: petxines 4

Connecteu la peça posterior del coll al conjunt del coll del robot. Assegureu-vos que els cables del coll s’ajusten perfectament a l’interior.

Pas 68: petxines 5

Connecteu la peça frontal del coll al conjunt del coll del robot. Assegureu-vos que els cables del coll s’ajusten perfectament a l’interior.

Pas 69: petxines 6

Per a cadascun dels braços inferiors esquerre i dret, cargoleu una peça de la carcassa del braç inferior posterior.

Pas 70: petxines 7

Per a cadascun dels braços inferiors esquerre i dret, cargoleu una peça de la carcassa del braç inferior frontal. Assegureu-vos que els cables del braç estiguin ben ajustats.

Pas 71: petxines 8

Per a cadascun dels braços superiors esquerre i dret, cargoleu una peça de la carcassa del braç superior posterior. Assegureu-vos que els cables del braç estiguin ben ajustats.

Pas 72: petxines 9

Per a cadascun dels braços inferiors esquerre i dret, cargoleu una peça de la carcassa del braç superior frontal. Assegureu-vos que els cables del braç estiguin ben ajustats.

Pas 73: petxines 10

Per a cadascuna de les potes inferiors esquerra i dreta, enrosqueu la peça de la closca inferior de la cama posterior. Assegureu-vos que els cables de les cames estan ben ajustats.

Pas 74: petxines 11

Per a cadascuna de les potes inferiors esquerra i dreta, enrosqueu la peça de la part inferior inferior de la cama inferior. Assegureu-vos que els cables de les cames estan ben ajustats.

Pas 75: closques 12

Per a cadascuna de les potes superiors esquerra i dreta, cargoleu una peça frontal de la part superior de la cama de les cuixes del suport de l'adaptador de corrent. Assegureu-vos que els cables de les cames estan ben ajustats.

Pas 76: closques 13

Per a cadascuna de les potes superiors esquerra i dreta, enrosqueu una peça posterior de la carcassa de la cama superior a les cuixes del suport de l'adaptador de corrent. Assegureu-vos que els cables de les cames estan ben ajustats.

Pas 77: closques 14

Per a la part davantera i posterior del tors inferior del robot ASPIR, fixeu una peça frontal. Quan hàgiu acabat, cargoleu també una peça inferior del tors posterior.

Pas 78: petxines 15

Connecteu la peça de la carcassa del tors superior frontal a la part frontal del pit del robot ASPIR de manera que la càmera web surti al centre del tors. Quan hàgiu acabat, enrosqueu la peça de la part superior posterior del tors a la part posterior del pit del robot ASPIR.

Pas 79: Acabat de tocs

Assegureu-vos que els cargols siguin agradables i ajustats i que els cables s’adaptin perfectament a totes les peces de la closca. Si tot sembla estar connectat correctament, proveu cadascun dels servos mitjançant l’exemple de Servo Sweep d’Arduino a cadascun dels pins. (Nota: Presteu molta atenció a cadascun dels rangs de servo, ja que no tots els servos tenen la capacitat de girar els 0-180 graus a causa de la seva disposició.)

Pas 80: Conclusió

I aquí ho teniu! El vostre propi robot humanoide imprès en 3D a mida completa, construït amb diversos mesos del vostre bon i dur treball. (Endavant i feu un copet de paquet mil cops. Ho heu guanyat.)

Ara és lliure de fer tot el que puguin fer enginyers, inventors i innovadors avançats com els robots humanoides. Potser voleu que ASPIR sigui un amic robòtic per fer-vos companyia? Potser voleu un company d’estudi robòtic? O potser voleu intentar construir un exèrcit d’aquestes màquines per conquerir el món com el científic boig distòpic i boig que sabeu que sou? (Necessitarà força millores abans d'estar preparat per als desplegaments militars en el terreny …)

El meu programari actual per fer que el robot faci aquestes coses està actualment en funcionament i, certament, passarà un temps abans que estigui completament llest per a la seva marxa. A causa de la seva naturalesa prototípica, tingueu en compte que el disseny actual d'ASPIR és molt limitat en les seves capacitats; sens dubte no és perfecte com ara i probablement mai ho serà. Però això és, en última instància, una bona cosa: això deixa molt d’espai per millorar, fer modificacions i desenvolupar avenços en el camp de la robòtica amb investigacions que realment podeu anomenar vostres.

Si decidiu continuar desenvolupant aquest projecte, feu-m'ho saber. M'encantaria veure què podeu fer d'aquest projecte. Si teniu altres preguntes, inquietuds o comentaris sobre aquest projecte o sobre com podria millorar, m’encantaria escoltar els vostres pensaments. En qualsevol cas, espero que us hagi agradat seguir aquest Instructable tant com ho he escrit. Ara segueix endavant i fes grans coses.

Excelsior, -John Choi

Accèssit al concurs Make It Move 2017