ASPIR: 3D-printet Humanoid-robot i fuld størrelse: 80 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Autonomous Support and Positive Inspiration Robot (ASPIR) er en full-size, 4,3 ft open source 3D-printet humanoid robot, som alle kan bygge med nok drivkraft og beslutsomhed.

Indholdsfortegnelse Vi har opdelt denne massive 80-trins instruerbare i 10 letlæselige kapitler, der er linket herunder for din læsekomfort:

1. Intro
2. Dele
3. Arme
4. Hoved
5. Ben
6. Bryst
7. Fletning
8. Ledninger
9. Skaller
10. Konklusion

Bemærkninger: Dette er et meget avanceret og stort Instructables -projekt! Vi anbefaler, at du har en betydelig 3D-printoplevelse, før du forsøger dette projekt. Forventet byggetid vil være flere måneder med en anslået byggeomkostning på cirka $ 2500 (denne pris kan være lavere eller højere afhængigt af hvilke leverandører du bruger, og hvilke dele du allerede har). Bemærk, at denne instruktionsbog kun dækker hardwarekonstruktionen og ikke softwaren (denne er i øjeblikket under udvikling). Når det er sagt, fuld fart frem og held og lykke!

Trin 1: Om ASPIR

ASPIR er den åndelige efterfølger til Halley, Ambassador Robot 001 (2015), en populær billig, open source, 2,6 fod laserskåret humanoid robot. I løbet af fremvisningen af Halley Robot har vi fundet ud af, at humanoide robotter er fantastiske til at se menneskelige ud og fremkalde social-følelsesmæssige reaktioner fra menneskelige seere. Der er masser af humanoide robotter derude til salg, men de falder virkelig alle sammen i bare to kategorier: overkommelige legetøjshobbyist-robotter, der er mindre end 2 fod høje og i fuld størrelse, og humanoid-robotter af forskningsgrad, der koster mere end nye sportsvogne. Vi ønskede at bringe det bedste fra begge verdener sammen med en overkommelig, open-source humanoid robot i fuld størrelse. Og dermed blev ASPIR -projektet født.

(PS En stor stor tak til Discovery Channel Canadas Daily Planet for at producere videoen!: D)

Trin 2: Om os

Choitek er et avanceret uddannelsesteknologivirksomhed, der er forpligtet til at forberede dagens studerende på at blive morgendagens kunstnere, ingeniører og iværksættere ved at bygge de største, fedeste og mest utroligt fantastiske robotter til at undervise og inspirere. Vi er lidenskabelige medlemmer af open source-fællesskabet og mener, at læring maksimeres til alles bedste, når der ikke er nogen sorte kasser, der findes for at skjule og skjule teknologi. Når det er sagt, håber vi, at du vil deltage i dette spændende eventyr med at bygge fremtiden for robotteknologi sammen.

(Bemærk: vores virksomhed undersøger i øjeblikket, hvordan humanoide robotter som ASPIR kan bruges til at inspirere flere piger til STEM. Hvis du er interesseret i at samarbejde med os, er du velkommen til at give os besked!)

Trin 3: Særlig tak

ASPIR-projektet er muliggjort med den generøse støtte 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, produktion og præsentation. Grundlagt i 1989 inden for College of Fine Arts ved Carnegie Mellon University (CMU), fungerer STUDIO som et sted for hybridvirksomheder på CMU-campus, Pittsburgh-regionen og internationalt. Vores nuværende vægt på nye mediekunst bygger på mere end to årtiers erfaring med at være vært for tværfaglige kunstnere i et miljø beriget af videnskabs- og ingeniørafdelinger i verdensklasse. Gennem vores residenser og opsøgende programmer, STUDIO giver muligheder for læring, dialog og forskning, der fører til innovative gennembrud, nye politikker og en omdefinering af kunstneres rolle i en verden i hurtigt forandring."

Trin 4: Servoer, servoer, servoer

Med 6 mega-servoer i superstørrelse pr. Ben, 4 standardmotorer med højt drejningsmoment for hver arm, 5 metal-gear-mikroservoer til hver hånd og 2 ekstra standardservoer til hovedets pan/tilt-mekanisme, ASPIR-robotens aktuatorer bevæger sig med en svimlende total på 33 frihedsgrader. Til din reference har vi inkluderet eksempler på referencelinks til forskellige servomotorer, du skal bruge til at bygge ASPIR -robotten:

• 10x Metal Gear Micro Servoer
• 10x standard servoer med højt drejningsmoment
• 13x superstore servomaskiner i superstørrelse

(Bemærk: Servopris og kvalitet er meget varierende afhængigt af hvilken leverandør du bruger. Vi har givet nogle eksempler på links til at hjælpe dig på vej.)

Trin 5: Elektronik, Elektronik, Elektronik

Udover 33 servomotorer med højt drejningsmoment har du også brug for en række andre elektroniske komponenter til at styre og drive ASPIR-robotten. Til din reference har vi inkluderet eksempler på referencelinks til andre elektroniske og mekaniske komponenter, du skal bruge til at bygge ASPIR -robotten:

• 1x USB -webkamera
• 1x 4-port USB-hub
• 1x laserafstandsmåler
• 8x RC støddæmpere
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega Servo Shield
• 5.5-In Android Smart Phone
• 50x Servo forlængerkabler
• 2x 5V 10A strømadaptere
• 8x 210mm x 6mm Aluminium Hex Stænger
• 4x 120 mm x 6 mm sekskantstænger i aluminium
• 4x 100 mm x 6 mm sekskantstænger i aluminium
• 2x 75 mm x 6 mm aluminiums hex stænger
• 1x 60 mm x 6 mm aluminiums sekskantstænger

(Bemærk: Selvom disse dele i ovenstående links vil være elektronisk kompatible, skal du huske på, at de nøjagtige CAD -dimensioner, der er nødvendige for at tilpasse visse elektroniske og mekaniske dele, kan variere efter komponent.)

Trin 6: 300 timers 3D -udskrivning

Som nævnt i indledningen tidligere er ASPIR en super massiv 3D -udskrivning. Med over 90 dele til udskrivning forventes den samlede estimerede udskrivningstid ved hjælp af standard 3D -filamentekstrudering, udfyldning og laghøjdeindstillinger at ligge et sted i boldbanen på 300 timer. Dette vil sandsynligvis forbruge 5 ruller på 1 kg (2,2 lb) glødetråd, ikke inklusive udskrivningsfejl og forsøg (Vi brugte Robo3D PLA -ruller til alle vores 3D -udskrivningsbehov). Bemærk også, at du skal bruge en stor 3D -printer med en minimumspladestørrelse på 10x10x10in (250x250x250mm), f.eks. Lulzbot TAZ 6 til nogle af de større 3D -printede stykker af ASPIR -robotten. Her er alle de filer, du skal bruge til 3D -udskrivning:

• Arm venstre
• Arm højre
• Legeme
• Fod
• Hånd
• Hoved
• Ben venstre
• Ben højre
• Nakke
• Skaller

Når du har fået alle delene, lad os begynde

Trin 7: Arme 1

Til at begynde med starter vi med vores 3D -trykte hænder. Disse hænder er specielt designet til at være fleksible, selv når de udskriver med PLA. Vedhæft 5 mikroservoer, en for hver finger på den 3D -trykte hånd.

Trin 8: Arme 2

Nu fastgør håndleddet til hånden med to skruer. Indsæt derefter 100 mm aluminium hex stang i håndleddet.

Trin 9: Arme 3

Hvis du ikke allerede har gjort det, skal du gå videre og føre snor på mikroservoens horn med de fremadgående kantknopper på hver af fingrene. Sørg for at binde en fast knude på hver af fingrene og minimere snorhældning ved at lave en tæt forbindelse mellem mikroservohornet, snoren og den forreste knude på hver finger.

Trin 10: Arme 4

Fortsæt konstruktionen af armene ved at fastgøre det nedre armstykke til enden af sekskantstangen. Sæt en standard servo på underarmstykket, og fastgør det med 4 skruer og skiver.

Trin 11: Arme 5

Fortsæt samlingen af armen ved at fastgøre servohornshængseldelen til underarmen og fastgøre den med 4 skruer.

Trin 12: Arme 6

Nu forlænges overarmen ved at stikke endnu en 100 mm aluminiums hex -stang ind i hængselsleddet, og fastgøre endnu en 3D -trykt hængselled i den anden ende af 100 mm aluminiums hex -stangen.

Trin 13: Arme 7

Vi samler nu skulderleddet. Begynd med at få fat i en anden standardservo og fastgør den til det første skulderstykke ved hjælp af 4 skruer og 4 skiver.

Trin 14: Arme 8

Slids og fastgør skuldersamlingen til resten af skulderstykkerne. Det nederste cirkulære stykke skal kunne dreje på servoens gearakse.

Trin 15: Arme 9

Tilslut skuldermodulet til overarmsservomotoren med det sidste skulderstykke med 4 ekstra skruer.

Trin 16: Våben 10

Kombiner skuldermodulet med den nedre/overarmenhed ved drejepunktet øverst på armen. Delene skal samles ved overarmens hængselsled. Dette afslutter samlingen af ASPIR's arm.

(Bemærk: du skal gentage alle ti trin for armenheden for den anden arm, da ASPIR har to arme, venstre og højre.)

Trin 17: Hoved 1

Vi samler nu ASPIRs hoved. Begynd med at fastgøre en standardservo til robotens halsstykke med 4 skruer og 4 skiver.

Trin 18: Hoved 2

Ligesom den drejelige skuldersamling tidligere, skal du fastgøre et svingbart cirkulært hoved til standard servohornet og fastgøre det med den cirkulære hovedholder.

Trin 19: Hoved 3

Sæt nu basisplatformen af robotens hoved på den cirkulære halsdrejemekanisme fra det foregående trin med fire skruer.

Trin 20: Hoved 4

Fastgør en anden standardservo til bundplatformen med 4 skruer og 4 skiver. Fastgør hovedhældningsforbindelser til servoens horn. Sørg for, at hovedhældningsforbindelserne kan rotere frit.

Trin 21: Hoved 5

Fastgør telefonens frontpladeholder på forsiden af basisplatformen. Tilslut bagsiden af telefonens frontpladeholder til servo -vippeforbindelserne. Sørg for, at hovedet kan rotere 60 grader frem og tilbage.

Trin 22: Hoved 6

Skub den 5,5 tommer Android-telefon ind i telefonens ansigtsholder. (En slank iPhone med samme dimensioner burde også gøre tricket. Telefoner med andre dimensioner er ikke testet.)

Trin 23: Hoved 7

Fastgør telefonens position ved at fastgøre laserafstandsmåler på venstre side af robotens ansigt med 2 skruer.

Trin 24: Hoved 8

Indsæt en sekskantet 60 mm aluminiumsstang i bunden af robotens hals. Dette afslutter samlingen af robotens hoved.

Trin 25: Ben 1

Vi begynder nu at samle ASPIRs ben. For at starte skal du fastgøre robotens frem- og bagfodstykker sammen med to store skruer. Sørg for, at forfoden kan rotere frit.

Trin 26: Ben 2

Fastgør 2 RC -støddæmpere på de forreste og bageste fodstykker som vist. Fodstykket skal nu bøje omkring cirka 30 grader og hoppe tilbage.

Trin 27: Ben 3

Begynd at samle anklen med to ekstra store servoer, og fastgør dem sammen med 4 skruer og 4 skiver.

Trin 28: Ben 4

Afslut forbindelsen med det andet ankelstykke, og fastgør forbindelsen med yderligere 4 skruer og skiver.

Trin 29: Ben 5

Fastgør fodstikstykket med en stor skrue på bagsiden og 4 små skruer på servohornet.

Trin 30: Ben 6

Fastgør det øverste ankelstik til resten af anklemodulet på den anden store servo med 4 små skruer og en stor skrue.

Trin 31: Ben 7

Indsæt to 210 mm sekskantede stænger til anklenheden. I den anden ende af sekskantstængerne sættes det nederste knestykke op.

Trin 32: Ben 8

Fastgør en ekstra stor servo på knæstykket med 4 skruer og 4 skiver.

Trin 33: Ben 9

Forbind det øvre knestykke på knæets store servomotorhorn med 4 små skruer og 1 stor skrue.

Trin 34: Ben 10

Sæt yderligere 210 mm sekskantede stænger på knæet.

Trin 35: Ben 11

Start konstruktionen af låret ved at sætte en 5V10A strømadapter ind i de to strømadapterholderstykker.

Trin 36: Ben 12

Skub lårenheden ind i de 2 hex -stænger på robotens overben.

Trin 37: Ben 13

Lås låret på plads ved at sætte en hængselsleddel på de 2 sekskantstænger på overbenet.

Trin 38: Ben 14

Begynd hofteleddet ved at forbinde det store cirkulære hoved på en stor servomotors horn.

Trin 39: Ben 15

Skub hofte -servoholderen på den store servomotor, og fastgør 4 skruer med 4 skiver.

Trin 40: Ben 16

Skub hofteservosamlingen ind i det andet hoftestykke, så drejeleddet kan dreje. Fastgør dette stykke på plads med 4 skruer.

Trin 41: Ben 17

Fastgør endnu en stor servo på hoftebøjlen med 4 skruer og 4 skiver.

Trin 42: Ben 18

Fastgør en øvre ben servoholderdel med 4 skruer på den cirkulære drejeled.

Trin 43: Ben 19

Fastgør en ekstra stor servo på den store del af overbenets servoholder fra det foregående trin med 4 skruer og 4 skiver.

Trin 44: Ben 20

Forbind den færdige hoftesamling til resten af benmonteringen ved den øvre benhængselleds del. Fastgør den med 4 små skruer og en stor skrue.

Trin 45: Ben 21

Tilslut fodenheden til den nederste ende af resten af bensamlingen, og fastgør den med 6 skruer. Du er nu færdig med benmonteringen for nu. Gentag trin 25-45 for at oprette det andet ben, så du har både højre og venstre ben til ASPIR-robotten.

Trin 46: Bryst 1

Start brystsamlingen med at fastgøre store cirkulære servohorn på venstre og højre side af det store bækkenstykke.

Trin 47: Bryst 2

Sæt fire 120 mm sekskantede stænger på bækkendelen.

Trin 48: Bryst 3

Skub en Arduino holderplade på de to sekskantede stænger bagpå. Sæt det nederste torso stykke på de fire hex stænger.

Trin 49: Bryst 4

Sæt en ekstra stor servo på det nederste torso stykke og fastgør det på plads med 4 skruer og 4 skiver.

Trin 50: Bryst 5

Tilslut et ekstra stort cirkulært servohorn på overkroppen med 4 skruer.

Trin 51: Bryst 6

På bagsiden af det øverste torso -stykke fastgøres bagkontaktbeskyttelsesstykket med 5 skruer.

Trin 52: Bryst 7

Fastgør webcamholderen på forsiden af overkroppen med 3 skruer.

Trin 53: Bryst 8

Sæt et USB -webcam i webcamholderen.

Trin 54: Bryst 9

Forbind overkroppen med den nedre torso ved det ekstra store servohorn.

Trin 55: Bryst 10

Fastgør en Arduino Mega 2560 på den bageste Arduino -plade med 4 skruer og 4 afstandsstykker.

Trin 56: Bryst 11

Tilslut Arduino Mega Servo Shield direkte oven på Arduino Mega 2560.

Trin 57: Fletning 1

Forbind hovedenheden med torso -enheden mellem halsstangen og det øverste torso -stykke.

Trin 58: Fletning 2

Flet venstre og højre og venstre arm sammen med resten af torso -enheden ved skulderens sekskantede stænger.

Trin 59: Fletning 3

Fastgør RC -støddæmpere under begge arm sekskantede stangforbindelser. Sørg for, at skuldermodulet kan bøje omkring 30 grader udad.

Trin 60: Fletning 4

Flet venstre og højre ben sammen til resten af torso -samlingen på de store hofte -servoer. Brug store skruer til at fastgøre drejeledene.

Trin 61: Ledningsføring 1

På bagsiden af robotten skal du tilslutte en 4-port USB-hub direkte over Arduino Mega Servo Shield.

Trin 62: Ledningsføring 2

Begynd at tilslutte alle 33 servoer til Arduino Mega Servo Shield ved hjælp af servoforlængerkablerne. Tilslut også laserafstandsmåler fra robotens hoved til Arduino Mega Servo Shield. Vi anbefaler at bruge standard kabelbindere til at hjælpe med at organisere ledningerne.

Trin 63: Ledningsføring 3

Afslut endelig ledningerne ved at forbinde Arduino Mega, Android-telefonen og webkameraet til 4-ports USB-hub ved hjælp af standard USB-kabler. Tilslut et USB-forlængerkabel for at forlænge længden af 4-port USB Hub-kilden.

Trin 64: Skaller 1

Begynd at få hovedets skaller ved at fastgøre forbindelsesplader på indersiden af robotens baghovedskal.

Trin 65: Skaller 2

Fastgør robotens forside -skalstykke på telefonpladeholderen. Fastgør den med 4 skruer.

Trin 66: Skaller 3

Skru robotens baghovedskalstykke fast på robotens forside -skalstykke.

Trin 67: Skaller 4

Tilslut nakkens bageste skalstykke til robotens halsenhed. Sørg for, at nakketrådene sidder tæt inde.

Trin 68: Skaller 5

Tilslut nakkens forreste skalstykke til robotens halsenhed. Sørg for, at nakketrådene sidder tæt inde.

Trin 69: Skaller 6

For hver af venstre og højre underarme skrues et bagstykke på underarmen af.

Trin 70: Skaller 7

For hver af venstre og højre underarme skrues et forreste underarmskalstykke fast. Sørg for, at armtrådene sidder tæt.

Trin 71: Skaller 8

For hver af venstre og højre overarme skrues et bagstykke på overarmen på. Sørg for, at armtrådene sidder tæt.

Trin 72: Skaller 9

For hver af venstre og højre underarme skrues et forreste overarmskalstykke fast. Sørg for, at armtrådene sidder tæt.

Trin 73: Skaller 10

For hvert af venstre og højre underben skrues et bagstykke på benet ned. Sørg for, at bentrådene sidder tæt.

Trin 74: Skaller 11

For hvert af venstre og højre underben skrues det forreste underbenskalsstykke fast. Sørg for, at bentrådene sidder tæt.

Trin 75: Skaller 12

For hvert af de venstre og højre overben, skrues et forreste overbensbenstykke fast på strømadapterholderens lår. Sørg for, at bentrådene sidder tæt.

Trin 76: Skaller 13

For hvert af venstre og højre overben skrues et bagstykke på overbenet på strømadapterholderens lår fast. Sørg for, at bentrådene sidder tæt.

Trin 77: Skaller 14

På forsiden og bagsiden af ASPIR -robotens nedre torso skal du fastgøre et forreste skalstykke. Når du er færdig, skal du også skrue et stykke bageste torso på.

Trin 78: Skaller 15

Fastgør det forreste øvre torso skalstykke på forsiden af ASPIR -robotens bryst, så webkameraet stikker ud i midten af torsoen. Når du er færdig, skal du skrue det bageste overkropsskallestykke på bagsiden af ASPIR -robotens bryst.

Trin 79: Efterbehandling

Sørg for, at skruerne er pæne og stramme, og at ledningerne sidder godt inde i alle skalstykkerne. Hvis alt ser ud til at være tilsluttet korrekt, kan du teste hver af servoerne ved hjælp af Arduinos Servo Sweep -eksempel på hver af stifterne. (Bemærk: Vær meget opmærksom på hvert af servoområderne, da ikke alle servoer har mulighed for at rotere hele 0-180 grader på grund af deres arrangement.)

Trin 80: Konklusion

Og der har du det! Din helt egen 3D-printede humanoide robot i fuld størrelse, bygget med flere måneders godt og hårdt arbejde. (Fortsæt med at klappe dig selv på pakken et par tusinde gange. Du har tjent det.)

Du er nu fri til at gøre hvad som helst fremadstormende ingeniører, opfindere og innovatører som du gør med humanoide robotter. Måske vil du have ASPIR til at være en robotvenner for at holde dig selskab? Måske vil du have en robotstudie-kammerat? Eller måske vil du prøve at bygge en hær af disse maskiner for at erobre verden som den dystopiske onde gale videnskabsmand, du ved, du er? (Det kommer til at have brug for en del forbedringer, før det er klar til indsættelse af militære felter …)

Min nuværende software til at få robotten til at gøre disse ting er i øjeblikket under udarbejdelse, og det vil helt sikkert tage et stykke tid, før den bliver helt klar til at gå. På grund af dets prototypiske karakter skal du bemærke, at det nuværende design af ASPIR er meget begrænset i dets muligheder; det er bestemt ikke perfekt, som det er nu, og det vil det sandsynligvis aldrig blive. Men det er i sidste ende en god ting - det giver masser af plads til at forbedre, foretage ændringer og udvikle fremskridt inden for robotik med forskning, du virkelig kan kalde din egen.

Hvis du vælger at videreudvikle dette projekt, så lad mig det vide! Jeg ville absolut elske at se, hvad du kan få ud af dette projekt. Hvis du har andre spørgsmål, bekymringer eller kommentarer til dette projekt, eller hvordan jeg kan forbedre mig, hører jeg meget gerne dine tanker. Under alle omstændigheder håber jeg, at du nød at følge denne instruktør lige så meget, som jeg havde skrevet den. Gå nu ud og gør store ting!

Excelsior, -John Choi

Anden pris i Make It Move -konkurrencen 2017