ASPIR: 3D-tryckt Humanoid-robot i full storlek: 80 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Autonomous Support and Positive Inspiration Robot (ASPIR) är en fullstorlek, 4,3 fot öppen källkod, 3D-tryckt humanoidrobot som alla kan bygga med tillräckligt med driv och beslutsamhet.

Innehållsförteckning Vi har delat upp den här massiva 80-stegs instruktionsboken i 10 lättlästa kapitel som är länkade nedan för din läsbekvämlighet:

1. Intro
2. Delar
3. Vapen
4. Huvud
5. Ben
6. Bröst
7. Sammanslagning
8. Kabeldragning
9. Skal
10. Slutsats

Anmärkningar: Detta är ett mycket avancerat och stort Instructables -projekt! Vi rekommenderar att du har stor erfarenhet av 3D-utskrift innan du försöker detta projekt. Förväntad byggtid kommer att vara flera månader med en uppskattad byggkostnad på ungefär $ 2500 (denna kostnad kan vara lägre eller högre beroende på vilka leverantörer du använder och vilka delar du redan har). Observera att denna instruktion endast täcker hårdvarukonstruktionen, och inte programvaran (denna är för närvarande under utveckling). Med det sagt, full fart framåt och lycka till!

Steg 1: Om ASPIR

ASPIR är den andliga efterträdaren till Halley, Ambassador Robot 001 (2015), en populär billig, öppen källkod, 2,6 fot laserskuren humanoid robot. Under presentationen av Halley Robot har vi funnit att humanoida robotar är fantastiska på att se mänskliga ut och framkalla social-emotionella svar från mänskliga tittare. Det finns gott om humanoida robotar där ute till försäljning, men de faller verkligen alla in i bara två kategorier: prisvärda leksakshobbyistrobotar som är mindre än 2 fot långa och i full storlek och humanoidrobotar av forskningsgrad som kostar mer än nya sportbilar. Vi ville sammanföra det bästa från två världar med en prisvärd, öppen källkod i full storlek humanoid robot. Och därmed föddes ASPIR -projektet.

(PS Ett stort stort tack till Discovery Channel Canadas Daily Planet för att producera videon!: D)

Steg 2: Om oss

Choitek är ett avancerat utbildningsteknikföretag som är engagerat i att förbereda dagens studenter för att bli morgondagens konstnärer, ingenjörer och entreprenörer genom att bygga de största, djärvaste och mest otroligt fantastiska robotarna att lära ut och inspirera. Vi är passionerade medlemmar i öppen källkod och tror att inlärning maximeras till bästa för alla när det inte finns några egna svarta lådor som döljer och döljer teknik. Med det sagt hoppas vi att du kommer att gå med oss i detta spännande äventyr att bygga framtidens robotik tillsammans.

(Obs: vårt företag forskar för närvarande i hur man ser hur humanoida robotar som ASPIR kan användas för att inspirera fler tjejer till STEM. Om du är intresserad av att samarbeta med oss får du gärna meddela oss det!)

Steg 3: Särskilt tack

ASPIR-projektet möjliggörs med det generösa stödet från Frank-Ratchye STUDIO för Creative Inquiry från Carnegie Mellon University:

"Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry är ett flexibelt laboratorium för nya former av konstforskning, produktion och presentation. Grundades 1989 inom College of Fine Arts vid Carnegie Mellon University (CMU), och fungerar som ett lokus för hybridföretag på CMU-campus, Pittsburgh-regionen och internationellt. Vår nuvarande tonvikt på nya mediekonst bygger på mer än två decenniers erfarenhet som värd för tvärvetenskapliga konstnärer i en miljö som är berikad av vetenskaps- och ingenjörsavdelningar i världsklass. Genom våra residens och uppsökande program, STUDIO ger möjligheter till lärande, dialog och forskning som leder till innovativa genombrott, ny politik och omdefiniering av konstnärernas roll i en värld som snabbt förändras."

Steg 4: Servos, Servos, Servos

Med 6 superstora mega-servon per varje ben, 4 standardmoment med högt vridmoment för varje arm, 5 mikro-servon i metall för varje hand och 2 extra standard-servon för huvudets pan/tilt-mekanism, ASPIR-robotens ställdon rör sig med totalt svindlande 33 frihetsgrader. För din referens har vi inkluderat exempelreferenslänkar till olika servomotorer som du behöver för att bygga ASPIR -roboten:

• 10x Metal Gear Micro Servos
• 10x standardmoment med högt vridmoment
• 13x Superstora servomaskiner med högt vridmoment

(Obs! Servokostnad och kvalitet är mycket varierande beroende på vilken leverantör du använder. Vi har tillhandahållit några exempellänkar som hjälper dig på vägen.)

Steg 5: Elektronik, elektronik, elektronik

Förutom 33 servomotorer med högt vridmoment behöver du också en mängd andra elektroniska komponenter för att styra och driva ASPIR-roboten. För din referens har vi inkluderat exempelreferenslänkar till andra elektroniska och mekaniska komponenter som du behöver för att bygga ASPIR -roboten:

• 1x USB -webbkamera
• 1x USB-hubb med 4 portar
• 1x laseravståndsmätare
• 8x RC stötdämpare
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega Servo Shield
• 5,5-tums Android-telefon
• 50x servoförlängningskablar
• 2x 5V 10A nätadaptrar
• 8x 210mm x 6mm Hexstavar i aluminium
• 4x 120 mm x 6 mm hexstänger i aluminium
• 4x 100 mm x 6 mm hexstänger i aluminium
• 2x 75 mm x 6 mm hexstänger i aluminium
• 1x 60mm x 6mm aluminium hex stänger

(Obs! Även om dessa delar i länkarna ovan kommer att vara elektroniskt kompatibla, kom ihåg att de exakta CAD -dimensioner som behövs för att anpassa vissa elektroniska och mekaniska delar kan variera beroende på komponent.)

Steg 6: 300 timmars 3D -utskrift

Som nämnts i inledningen tidigare är ASPIR en supermassiv 3D -utskriftsträning. Med över 90 delar att skriva ut, förväntas den totala uppskattade utskriftstiden med standard 3D -filament extrudering, infill och lagerhöjdsinställningar vara någonstans i ballparken på 300 timmar. Detta kommer sannolikt att konsumera 5 rullar med 1 kg filament, inklusive utskriftsfel och försök (Vi använde Robo3D PLA -rullar för alla våra 3D -utskriftsbehov). Observera också att du behöver en stor 3D -skrivare med en minsta byggplåtstorlek på 10x10x10in (250x250x250mm), till exempel Lulzbot TAZ 6 för några av de större 3D -tryckta bitarna i ASPIR -roboten. Här är alla filer du behöver för 3D -utskrift:

• Arm vänster
• Arm höger
• Kropp
• Fot
• Hand
• Huvud
• Ben vänster
• Ben höger
• Nacke
• Skal

När vi har alla delar, låt oss börja

Steg 7: Vapen 1

Till att börja med börjar vi med våra 3D -tryckta händer. Dessa händer är speciellt utformade för att vara flexibla även vid utskrift med PLA. Fäst 5 mikroservos, en för varje finger på den 3D -tryckta handen.

Steg 8: Armar 2

Fäst nu handleden i handen med två skruvar. Skruva sedan in 100 mm hex -stången i handleden.

Steg 9: Armar 3

Om du inte redan har gjort det, gå vidare och dra strängen på mikroservoens horn med de framåtgående kantknopparna på var och en av fingrarna. Var noga med att knyta en fast knut på vart och ett av fingrarna och minimera strängens lutning genom att göra en tät anslutning mellan mikroservohornet, strängen och den främre kanten på varje finger.

Steg 10: Armar 4

Fortsätt konstruktionen av armarna genom att fästa det nedre armstycket i slutet av sexkantsstången. Fäst en standard servo på underarmsstycket och fäst den med 4 skruvar och brickor.

Steg 11: Armar 5

Fortsätt montering av armen genom att fästa servohorns gångjärnsdel på underarmen och fäst den med 4 skruvar.

Steg 12: Armar 6

Förläng nu överarmen genom att sticka in ytterligare 100 mm aluminium hex -stång i gångjärnsleden och fäst ytterligare en 3d -tryckt gångjärnsfog i andra änden av 100 mm aluminium hex -stång.

Steg 13: Armar 7

Vi monterar nu axelleden. Börja med att ta tag i en annan standardservo och fäst den på det första axelstycket med 4 skruvar och 4 brickor.

Steg 14: Armar 8

Slits och fäst axelaggregatet på resten av axelstyckena. Den nedre cirkulära biten ska kunna svänga på servos växelaxel.

Steg 15: Armar 9

Anslut axelaggregatet till överarmsservomotorn med det sista axelstycket med ytterligare 4 skruvar.

Steg 16: Armar 10

Kombinera axelaggregatet med under-/överarmsenheten vid svängpunkten överst på armenheten. Delarna ska anslutas vid överarmens gångjärn. Detta avslutar monteringen av ASPIRs arm.

(Obs! Du måste upprepa alla tio steg för armenheten för den andra armen, eftersom ASPIR har två armar, vänster och höger.)

Steg 17: Huvud 1

Vi monterar nu ASPIR: s huvud. Börja med att fästa en standardservo på robotens halsstycke med 4 skruvar och 4 brickor.

Steg 18: Huvud 2

Precis som den svängbara axelaggregatet tidigare, fäst ett svängbart cirkulärt huvud på standard servohorn och säkra det med det cirkulära huvudet.

Steg 19: Huvud 3

Fäst nu basplattformen för robothuvudet på den cirkulära nackens vridmekanism från föregående steg med fyra skruvar.

Steg 20: Huvud 4

Fäst en annan standardservo på basplattformen med 4 skruvar och 4 brickor. Fäst huvudlutningslänkar till servos horn. Se till att huvudlutets länkar kan snurra fritt.

Steg 21: Huvud 5

Fäst telefonens frontplåthållare på basplattformens framsida. Anslut baksidan av telefonens frontplåthållare till servolinklänkarna. Se till att huvudet kan rotera 60 grader fram och tillbaka.

Steg 22: Huvud 6

Skjut in 5,5-tums Android-telefonen i telefonens hållare. (En smal iPhone med samma dimensioner borde göra susen också. Telefoner med andra dimensioner har inte testats.)

Steg 23: Huvud 7

Säkra telefonens position genom att fästa laseravståndsmätaren på vänster sida av robotens ansikte med 2 skruvar.

Steg 24: Huvud 8

Slits in en 60 mm aluminiumstång i botten av robotens hals. Detta avslutar monteringen av robotens huvud.

Steg 25: Ben 1

Vi börjar nu montera ASPIRs ben. För att börja, fäst robotens främre och bakre fotstycken tillsammans med två stora skruvar. Se till att framfoten kan snurra fritt.

Steg 26: Ben 2

Fäst 2 RC -stötdämpare på fram- och bakfotstyckena som visas. Fotstycket ska nu böjas runt ungefär 30 grader och studsa tillbaka.

Steg 27: Ben 3

Börja montera fotleden med två extra stora servon och fäst dem tillsammans med 4 skruvar och 4 brickor.

Steg 28: Ben 4

Slutför anslutningen med den andra fotleden och fäst anslutningen med ytterligare 4 skruvar och brickor.

Steg 29: Ben 5

Fäst fotkontakten med en stor skruv på baksidan och 4 små skruvar på servohornet.

Steg 30: Ben 6

Fäst den övre fotleden på resten av fotleden på den andra stora servon med 4 små skruvar och en stor skruv.

Steg 31: Ben 7

Fäst två 210 mm sexkantstänger på fotleden. I den andra änden av sexkantsstängarna, fäst det nedre knästycket.

Steg 32: Ben 8

Fäst en extra stor servo på knäbiten med 4 skruvar och 4 brickor.

Steg 33: Ben 9

Anslut det övre knästycket på knäets stora servomotorhorn med 4 små skruvar och 1 stor skruv.

Steg 34: Ben 10

Fäst ytterligare två 210 mm sexkantstänger på knäet.

Steg 35: Ben 11

Börja konstruktionen av låret genom att sätta in en 5V10A -nätadapter i de två hållarna för strömadaptern.

Steg 36: Ben 12

Skjut in lårenheten i de två sexkantstängerna på robotens övre ben.

Steg 37: Ben 13

Lås låret på plats genom att fästa en gångjärnsdel på de 2 hexstängerna på överbenet.

Steg 38: Ben 14

Börja höftledsmonteringen genom att ansluta det stora cirkulära huvudet till en stor servomotors horn.

Steg 39: Ben 15

Skjut höftservohållaren på den stora servomotorn och fäst 4 skruvar med 4 brickor.

Steg 40: Ben 16

Skjut in höftservoaggregatet i det andra höftstycket så att svängleden kan snurra. Fäst denna bit på plats med 4 skruvar.

Steg 41: Ben 17

Fäst ytterligare en stor servo på höftmonteringen med 4 skruvar och 4 brickor.

Steg 42: Ben 18

Fäst en övre ben servohållardel med 4 skruvar på den cirkulära svängleden.

Steg 43: Ben 19

Fäst en extra stor servo på den stora delen av övre benets servohållare från föregående steg med 4 skruvar och 4 brickor.

Steg 44: Ben 20

Anslut den färdiga höftmonteringen till resten av benmonteringen vid det övre benets gångjärnsdel. Fäst den med 4 små skruvar och en stor skruv.

Steg 45: Ben 21

Anslut fotenheten på den nedre änden av resten av benenheten och säkra den med 6 skruvar. Nu är du klar med benmonteringen. Upprepa steg 25-45 för att skapa det andra benet så att du har både höger och vänster ben för ASPIR-roboten.

Steg 46: Bröstkorg 1

Börja bröstet med att fästa stora cirkulära servohorn på vänster och höger sida av det stora bäckenbiten.

Steg 47: Bröstkorg 2

Fäst fyra 120 mm sexkantstänger på bäckendelen.

Steg 48: Bröstkorg 3

Skjut en Arduino hållarplatta på de två sexkantstängerna på baksidan. Fäst den nedre bålen på de fyra sexkantsstängerna.

Steg 49: Bröst 4

Fäst en extra stor servo på den nedre bålen och fäst den på plats med 4 skruvar och 4 brickor.

Steg 50: Bröstkorg 5

Anslut ett extra stort cirkulärt servohorn på överkroppsdelen med 4 skruvar.

Steg 51: Bröstkorg 6

På baksidan av det övre torso -stycket, fäst back -switch -skyddet med 5 skruvar.

Steg 52: Bröst 7

Fäst webbkamerahållaren på framsidan av överkroppen med 3 skruvar.

Steg 53: Bröstkorg 8

Sätt in en USB -webbkamera i webbkamerahållaren.

Steg 54: Bröst 9

Anslut överkroppen med den nedre bålen vid det extra stora servohornet.

Steg 55: Bröst 10

Fäst en Arduino Mega 2560 på den bakre Arduino -plattan med 4 skruvar och 4 distanser.

Steg 56: Bröst 11

Anslut Arduino Mega Servo Shield direkt ovanpå Arduino Mega 2560.

Steg 57: Slå samman 1

Anslut huvudenheten med bålenheten mellan halsens sexstång och den övre bålen.

Steg 58: Slå ihop 2

Slå ihop vänster och höger och vänster armaggregat med resten av bålenheten vid axelns sexkantstänger.

Steg 59: Slå samman 3

Fäst RC -stötdämpare under båda armens sexkantsstångsanslutningar. Se till att axelnheten kan böjas cirka 30 grader utåt.

Steg 60: Slå samman 4

Slå ihop vänster och höger ben med resten av bålenheten på de stora höftserverna. Använd stora skruvar för att fästa svängfogarna.

Steg 61: Anslutning 1

På baksidan av roboten, anslut en 4-port USB-hubb direkt ovanför Arduino Mega Servo Shield.

Steg 62: Anslutning 2

Börja ansluta alla 33 servon till Arduino Mega Servo Shield med hjälp av servoförlängningskablarna. Anslut också laseravståndsmätaren från robotens huvud till Arduino Mega Servo Shield. Vi rekommenderar att du använder vanliga buntband för att hjälpa till att organisera ledningarna.

Steg 63: Anslutning 3

Slutligen slutför kablarna genom att ansluta Arduino Mega, Android-telefonen och webbkameran till USB-hubben med 4 portar med vanliga USB-kablar. Anslut en USB-förlängningskabel för att förlänga längden på USB-källan med 4 portar.

Steg 64: Skal 1

Börja få huvudets skal genom att fästa kopplingsplattor på insidan av robotens bakhuvudskal.

Steg 65: Skal 2

Fäst robotens främre ansiktsskal på telefonplåthållaren. Fäst den med 4 skruvar.

Steg 66: Skal 3

Skruva fast robotens bakhuvudskalstycke på robotens framsida skalstycke.

Steg 67: Skal 4

Anslut nackens bakre skalstycke till robotens halsenhet. Se till att nackkablarna sitter ordentligt inuti.

Steg 68: Skal 5

Anslut den främre skalbiten av halsen på robotens nackenhet. Se till att nackkablarna sitter ordentligt inuti.

Steg 69: Skal 6

För var och en av de vänstra och högra underarmarna, skruva fast ett bakre underarmskalstycke.

Steg 70: Skal 7

För var och en av de vänstra och högra underarmarna, skruva fast ett främre underarmskalstycke. Se till att armtrådarna sitter ordentligt.

Steg 71: Skal 8

För var och en av vänster och höger överarm, skruva fast ett bakre överarmskalstycke. Se till att armtrådarna sitter ordentligt.

Steg 72: Skal 9

För var och en av de vänstra och högra nedre armarna, skruva fast ett främre överarmskalstycke. Se till att armtrådarna sitter ordentligt.

Steg 73: Skal 10

För vart och ett av vänster och höger underben, skruva fast ett bakre benskalskal. Se till att bentrådarna sitter ordentligt.

Steg 74: Skal 11

För vart och ett av de vänstra och högra underbenen, skruva fast ett främre underbensskalstycke. Se till att bentrådarna sitter ordentligt.

Steg 75: Skal 12

För vart och ett av de vänstra och högra övre benen, skruva fast ett främre övre benskal på strömadapterhållarens lår. Se till att bentrådarna sitter ordentligt.

Steg 76: Skal 13

För vart och ett av de vänstra och högra övre benen, skruva fast ett bakre överbensskalstycke på strömadapterhållarens lår. Se till att bentrådarna sitter ordentligt.

Steg 77: Skal 14

På framsidan och baksidan av ASPIR -robotens nedre torso, fäst ett främre skalstycke. När du är klar, skruva fast en bakre bål också.

Steg 78: Skal 15

Fäst det främre överkroppsskalet på framsidan av ASPIR -robotens bröstkorg så att webbkameran sticker ut i mitten av bålen. När du är klar, skruva fast det bakre överkroppsskalet på baksidan av ASPIR -robotens bröst.

Steg 79: Finisher

Se till att skruvarna är snygga och täta och att ledningarna sitter tätt inuti alla skalbitar. Om allt ser ut att vara anslutet korrekt, testa var och en av servon med Arduinos Servo Sweep -exempel på var och en av stiften. (Obs! Var noga med var och en av servointervallen, eftersom inte alla servon har möjlighet att rotera hela 0-180 grader på grund av deras placering.)

Steg 80: Slutsats

Och där har du det! Din alldeles egna 3D-tryckta humanoidrobot, byggd med flera månaders gott och hårt arbete. (Fortsätt klappa dig själv på förpackningen ett par tusen gånger. Du har tjänat det.)

Du är nu fri att göra vad som helst framåtriktade ingenjörer, uppfinnare och innovatörer som du gör med humanoida robotar. Kanske vill du att ASPIR ska vara en robotvän för att hålla dig sällskap? Kanske vill du ha en robotstudiekompis? Eller kanske du vill försöka bygga en armé av dessa maskiner för att erövra världen som den dystopiska onda galna vetenskapsmannen du vet att du är? (Det kommer att behöva en hel del förbättringar innan det är redo för militära fältutplaceringar …)

Min nuvarande programvara för att få roboten att göra dessa saker pågår för närvarande, och det kommer säkert att dröja ett tag innan det blir helt klart. På grund av dess prototypiska natur, notera att den nuvarande designen för ASPIR är mycket begränsad i dess kapacitet; det är verkligen inte perfekt som det är nu och det kommer förmodligen aldrig att bli. Men det här är i slutändan bra - det ger gott om utrymme att förbättra, göra ändringar och utveckla framsteg inom robotik med forskning som du verkligen kan kalla din egen.

Vänligen meddela mig om du väljer att vidareutveckla detta projekt! Jag skulle absolut vilja se vad du kan göra av detta projekt. Om du har några andra frågor, funderingar eller kommentarer om det här projektet eller hur jag kan förbättra mig, skulle jag gärna höra dina tankar. Jag hoppas i alla fall att du tyckte om att följa denna instruktionsbok lika mycket som jag hade skrivit den. Gå nu ut och gör fantastiska saker!

Excelsior, -John Choi

Andra priset i Make It Move -tävlingen 2017