Skapa en kompatibel Humanoid -robot: 11 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:35

Uppdatering och sida: 2017-01-17 Huvud, ansikte, osv. - Webbkamera tillagd Senor och muskler - Tillägg av PTFE Nerver och hud - konduktiva gummiresultat "Vad är det där på bilden?"

Det är en del av en robotkropp - specifikt en prototyp av ryggrad, axlar, arm och hand. Min skapelse kommer att behöva en kropp och det är vad det här projektet handlar om.

Jag arbetar med allmän intelligens - mitt team använder termen 'maskin neurovetenskap' teknik, MiNT, för kort.

"Crafted" - ja, den här robotkroppen är handgjord. 3D -tryck om du föredrar det. Jag har både FDM- och hartsskrivare men jag föredrar hantverk för prototyper så här. "Kompatibel" - det betyder bara flexibelt. Tanken är att kroppen är tillräckligt flexibel för att vara säker för människan, det vill säga att det är mer troligt att böja sig runt en människa eller studsa av, snarare än att nypa eller krossa eller göra allvarlig skada. Kompatibel robotik är ett viktigt utvecklingsfält för att göra våra framtida vänner och medarbetare (eller anställda) säkra att vara i närheten av. Robot - självförklarande. Den här anteckningsboken kommer inte att fördjupa mig i MiNT men om du är intresserad av att lära dig mer eller delta i det ideella arbetet, kontakta mig. Humanoid-det finns ingen anledning att du inte kunde anpassa många av dessa designanteckningar till icke-humanoida robotar. Det är precis vad jag går för. Även efter att sinnet är färdigt planerar jag fortfarande på en fyrdubbel design, helt enkelt för stabilitet.

Steg 1: Ben

PVC

Det är bra för robotik upp till omkring mänsklig storlek och vikt. Det är lätt, hållbart, starkt och lätt att tillverka. Det är billigt.

Dessutom ser det ut som ben, om det är det du är ute efter.

Det stora utbudet av beslag gör det enkelt att snabbt och enkelt prototypera blygsamt komplexa konstruktioner. Den ihåliga insidan av rör och beslag gör det lätt att gömma trådar.

Med viss uppvärmning (värmepistol eller fackla [snabbt men knepigt]) mjuknar PVC nog för att förvränga, omforma och behålla sin nya form om den hålls i den formen tills den svalnar.

Var noga med att använda god ventilation. Andas inte in ångorna! Brinnande PVC släpper ut farliga gaser!

PEX - 1/4 tum

För mindre ben, som underarmarna, har jag använt detta mjukare rör.

Min första handdesign använde PEX för fingerbenen, men för denna mindre maskin behövde jag mindre fingerben.

Kafferörare

Jag skulle vilja ha ett starkare material men för tillfället fungerar det ok.

När en inte är tillräckligt stark tycker jag att hetlimning 3 i en bunt verkar fungera.

Metaller

Jag har inte riktigt börjat leta efter metalllösningar, men efter att ha upptäckt enkelheten i aluminiumlödning med en fackla känner jag att aluminium kan vara ett alternativ som är värt att titta på i framtiden. Den verkliga nyckeln kommer att vara tillgänglighet av bekväma beslag och material som kräver minimalt hantverk för att göra det funktionellt. Jag är säker på att det finns där ute, men vad kommer det att kosta och är det värt det? Ska vi ens titta på ett metallskelett? Är andra metaller och legeringar värda att överväga och för vilka applikationer?

Steg 2: Muskler och senor

2017-01-17: Det var nödvändigt att lägga till PTFE/teflonrör för att hjälpa till att styra några av senorna kring hårdvara som de fastnade för under aktivering. För närvarande arbetar fingrarna cirka 75%, men de behöver en returfjäder av tillägg. Jag planerar på silikongummi, förutom hudbeläggningen.

-

Just nu är de enda "musklerna" för närvarande fästa några SG90-servon, som hålls på plats via dragkedjor. Jag har fäst MG996R för överarmarna och axlarna för tillfället men jag vet inte om det kommer att vara tillräckligt eller Dragkedjor verkar hålla underarmen SG90s på plats och tycks tillåta nästan 180 graders rotation baserat på den aktuella handledskonfigurationen. Handledningen kommer säkert att behöva ändras så småningom men för närvarande håller den åtminstone handen på plats. Jag använder för närvarande flexfilament för senor snarare än fiskelinor eftersom den större ytan inte slits på senmantlarna som fisketråden gör. Jag lägger till fler servon för de andra lederna innan för länge. Överarmen är enkel men axlarna är utmanande. Ryggrads servon kommer nästan säkert att samlas i höftområdet. Anmärkningar: Använd de stora billiga servon för höfterna. MG996r för axlarna eller underarmarna? - klart, vi får se hur det går … Muskelmöjligheter: EM linjärt ställdon PEANO HASSEL ställdon

PEANO HASSEL -ställdon är inte så svåra att göra men jag har inte en bra lösning för den högspänning de behöver och jag är inte säker på hur jag ska hindra dem från att läcka. Annars skulle jag föredra att använda denna teknik för muskelkontroll. Kanske vid en senare iteration.

Kan behöva en returfjäder på fingrarna men senorna kanske kan göra både drag och tryck - lite ändå.

Steg 3: Ryggraden

PVC -röradaptrar, staplade, fungerar som kotor. Att hålla ihop dem tills jag har ställdon och senor på plats var ett problem men något kreativt arrangemang med en längd av flexfilament gängad ner i skivornas insida löste det och höll skivorna i bunt. Använd vad du vill för en bas. Jag hade redan delarna i bilden fastnat från en tidigare bot och använde dem bara igen eftersom de redan var tillgängliga.. Skivorna kan vara onödigt stora men det är ok för tillfället. Det överflödiga utrymmet lämnar gott om utrymme för att köra tråd genom dem. Frågor: Den nuvarande ryggraden ger lite ljud när den rör sig och är inte så smidig som jag skulle vilja. Dessa kan vara värda 3D -utskrift men jag föredrar att inte göra det detta bygge.

Steg 4: Torso / Ribcage / Shoulders

Jag byggde ursprungligen en bröstkorgsutrustning av mindre pvc -delar men det var inte alls flexibelt, vilket är en dålig sak. Eftersom jag inte behöver det särskilt mycket just nu hoppar jag över den delen. Tvärpassningen som används just nu var ursprungligen bara en topp på ryggraden för att fästa flexfilamentsträngen som håller ihop skivorna men det fungerade bra för axellösningen så att den håller sig som nu. Sköldar var ett verkligt problem. försökte använda ett tillgängligt PVC-rörkompatibelt gångjärnsaggregat, men det hade inte riktigt det rörelseomfång som behövdes för en axel. Sedan snubblade jag över ett ställbart PVC-skelett-dummy-projekt någonstans online som använde en golfboll för bolldelen av boll- och sockelleder - problem (nästan) löst! Istället för att klämma fast golfbollarna som det andra projektet gjorde, höll jag dem helt enkelt med elastiska band - hårband, specifikt, som jag hade kvar från ett annat projekt. lämnade en fråga. Sedan golfen bollar är inte fästa i en idealisk konfiguration (jag kommer på en bättre senare,) de kan fastna roterade för långt framåt eller bakåt. Placera en extra 'kotor' (röradaptermontering) över korsets axeluttag montering begränsade axelbenets position på ett sätt som förhindrar att överresor blir en allvarlig fråga. Fråga (er): - var ska axelservon placeras? Samma fråga om nacken. Kan behöva en större bålmontering bara för att vara värd för musklerna.

Steg 5: Armar och armbågar

Övre armar är, tror jag, 1/2in PVC, med en golfboll fäst vid en rak rörmontering. Underarmarna är PEX, och av en mycket speciell anledning. Jag ville efterlikna den mänskliga underarmskonfigurationen med de två benen roterande över varandra. Jag försökte med några olika lösningar men slutade med att bara skapa en passning för överarmsänden som underarmens ben kunde skruvas fast som en gångjärnsfog vid armbågen. Tackligen verkar det lämna handleden med ungefär 90 graders rotation eftersom de två benen bara är fästa vid armbågen, vilket gör att handleden kan böjas. Med handdesignen som är lite alltför flexibel, verkar det mestadels kompensera för förlusten av rotation i underarmen. igen, inte perfekt men det fungerar bra nog.

Steg 6: Händer

Skarvar

Jag utformade den gemensamma lösningen i min första överdimensionerade hand av prototypen: Ögonskruvar, förenade genom ögat med en mutter och kort skruv, och som på något sätt fästs på 'benet'. För närvarande är fästlösningen varmt lim-jag skulle vilja något bättre men har inte bestämt mig för någonting än. Vid tidpunkten för att bygga dessa händer har jag funnit att det är användbart att använda 2 ögonskruvar i varje ände av varje ben för att hålla skruven från att rotera och få ut fingret Finger Joint Rev. A: I stället för konventionella skruvar och muttrar fann jag att jag kunde få 1/4 tum breda Chicago -skruvar som ser mycket bättre ut och ger en mer enhetlig fogform. Önskar att jag kunde få 1/8 in men jag har inte hittat några än.

Problem: Chicago -skruvar behöver ögon på 5 mm - det är storleken på "axeln" - och de vanliga ögonskruvarna verkar vara 4 mm. Jag måste sträcka upp ögat manuellt. Jag använde en avsmalnande liten stans som gick bra, men jag skulle hellre hitta enhetliga 5 mm ögonskruvar.

Ben

För att skapa mycket små händer behöver jag mycket små benmaterial.

Kafferörare är inte tillräckligt robusta men de kommer att göra det nu.

Senor

Varje finger har 1 och kan så småningom ha 2 senor. Fingersenorna behöver speciellt en draghölje som håller dem på platser. Jag har precis limmat på mer kafferörare - lite överdrivet på limet för att se till att det håller Inledningsvis försökte jag fisketråd men det skar omedelbart in i slidan så jag försökte 1,75 mm flexfilament och det verkar fungera ok. Obs: Jag skulle föredra att använda PTFE -rörsegment, som jag har, för att dra senorna. PTFE kommer dock troligen inte att binda med varmt lim. Jag får experimentera antar jag. Kanske kan använda en liten blixtlås för att hålla ptfe -slangen på plats.

Steg 7: Huvud, ansikte, etc

1/17: För närvarande är en enkel, äldre, USB -webbkamera med mikrofon för närvarande en platshållare för huvudet. Jag har ännu inte implementerat någon vision, men fjärråtkomst till kameran är inte en utmaning. Även om det inte är en önskad funktion i det slutliga projektet kan jag för närvarande se * genom * kameran - och skulle kunna ta emot ljud också om jag använde en åtkomstmetod som gjorde det möjligt. problem som jag kan ta itu med när jag får den visuella cortexen att göra det grundläggande jobbet. Vokalutmatning kommer naturligtvis att vara en standardhögtalare. Allt mer avancerat måste vänta. Muskelkontroll av munnen och några ansiktsdrag för uttryck skulle inte vara svårt att genomföra. Hjärnan kommer förmodligen inte att passa i huvudet om jag inte kan göra allt från några hallonpajer. Var som helst hjärnan passar, det behöver skydd, särskilt minnet. Något som ett svart lådsystem.

Steg 8: Nerver och hud

2017-01-17 - Jag försökte tillverka ledande silikongummi genom att införliva kolpulver. Jag borde ha tagit råd från James Hobson (läs Hackaday -artikeln nedan); han hade mest rätt. Observera, jag * fick * gummit att vara ledande men jag var tvungen att använda så mycket kolpulver att när gummit torkade var det smuligt vid beröring. Inte användbart för den här applikationen, såvitt jag kan se. Jag måste få kolfilament för att prova, som rekommenderades, eller kanske platinahärdande silikon.

-Har faktiskt inte gjort något arbete på den här delen ännu, bara undersökningar. Jag vill ha ett tryckkänsligt hudskikt, inte bara beröringskänsligt. Elektrisk fälttomografi såg ut som en lovande beröringslösning, men verkar inte erbjuda trycksensation. Jag tänkte, vad händer om jag läser en signal genom ett resistivt lager av gummi, kombinerat med flera sensorpunkter? Kan jag få en anständig approximation av mänsklig nervkontakt och trycksensation? Andra silikonanvändare bekräftar att läsmotstånd genom gummi kan känna tryck så jag hoppas att det är en bra lösning. Planera att göra detta via en Arduino Nano eller Micro - förmodligen 1 per lem, sedan leda en utsignal därifrån till hjärnan. För att känna av värme och andra saker har jag ingen aning, men det är mindre bekymmersamt än de mycket vanligare berörings- och tryckförnimmelserna som kroppen behöver ge till den När det gäller skyddande / mjuka hudlager övervägde jag vid flera plaster / gummiapplikationer men just nu ser det bästa ut som silikongummi med kanske en tuffare yttre yta.

Självsmältande tejp i silikon

Försökte använda detta på handprototypen. Det gick inte så bra. Huvudfrågan är att jag var tvungen att applicera för mycket tryck för att aktivera tejpen under appliceringen och slutade tvinna lite på fingrarna. Dessutom var det för motståndskraftigt för att låta fingrarna böja fritt. Kanske om jag bara inte slår in lederna och väntar tills jag hittar ett starkt fingerbenmaterial … Annat än de faktorerna tyckte jag om att se ett halvformat lager av "hud" över handen. På sidan var grejerna verkligen lätt att skära gratis. Testa silikon rörmokare tejp? Låt oss se vad de där grejerna gör.

Silikongummi

Sugru -alternativet Oogoo eller liknande ser lovande ut. För ett tunt doppgummi, prova flytande kiselgummi - formen gör. För motståndsbaserad avkänning kanske en tillsats (kol) inte behövs. För spänningsavkänning / konduktivitetsbaserad avkänning, tillsats av kol (kolsvart specifikt) kan göra susen.

Ofrivilliga reflexer kan utformas genom att programmera ett svar som är samordnat för beröring eller tryck i samband med närliggande muskler. Detta kan vara användbart för att hjälpa maskinen att lära sig mer om sin kropp snabbare. Dvs om nerver motsvarar närliggande muskler och utlöses automatiskt som svar på en tröskel, kan maskinen lära sig att associera dem snabbare.

Gör lite research. Läs igenom kommentarerna till denna artikel. https://hackaday.com/2016/01/07/conductive-silico… - Lagring.. Se denna webbplats för information om lagring av oanvänt flytande gummi… https://www.mositesrubber.com/technical/shipping-u …. Kort version - oherdat gummi ska förbli oriktigt och användbart när det förvaras mellan 0 och 40 ° F i upp till 6 månader.

Steg 9: Hjärna / sinne

2017-01-17 - Jag har arbetat med en RPi3B+ i kombination med en Arduino Nano för motorstyrning. Motorstyrning har varit framgångsrik. Jag har också testat och bekräftat kommunikationen mellan Python -skript på RPi & Arduino, och studsar ett enkelt meddelande fram och tillbaka.

Okej, det här är den stora viktiga delen. "Igor, hämta mig hjärnan!" Mina maskiner kommer att använda en generell intelligensteknik under utveckling. Det finns inget att säga hur lång tid det tar att slutföra det, så för tillfället kanske jag kör något med en eller flera Raspberry Pi-datorer. I allmänhet skulle jag rekommendera att bli bekant med och använder Robot Operating System (ROS) - som kommer att köras på Raspberry Pi -datorer. Jag har ännu inte implementerat ROS och diskuterar dess värde för mina maskiner.

Steg 10: Bas / rörlighet

Kommer snart Aktuell plan: standard Rocker -Bogie hjulbas - ska uppdateras till ett fyrfotad bensystem med valfri pseudo -bipedal konfiguration, efter att sinnet är installerat. Hjul - Modifierat verktygshjul i plast. Enda verkliga problemet är att montera den på en mindre D -axel. Försök att fylla navet med harts (eller något liknande), borra sedan ett nytt mindre nav och ett skruvhål?

Steg 11: Ström, laddning +

Kommer snartOriginal vägledning jag hade om de designkrav som detta projekt är avsett att uppfylla helt enkelt sagt "använd ett gräsklipparbatteri", men den vägledningen utfärdades före 2015, åtminstone. Det kan vara lika kostnadseffektivt att använda en lättare lösning nu. Kostnadseffektivitet har högsta prioritet efter att "uppfylla kraven", så kostnad kommer förmodligen att vara en av de största övervägandena.