ASPIR: 3D-geprinte humanoïde robot op ware grootte - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Autonomous Support and Positive Inspiration Robot (ASPIR) is een full-size, 4.3-ft open-source 3D-geprinte humanoïde robot die iedereen kan bouwen met voldoende drive en vastberadenheid.

Inhoudsopgave We hebben deze enorme Instructable van 80 stappen opgesplitst in 10 gemakkelijk te lezen hoofdstukken die hieronder zijn gelinkt voor uw leesgemak:

1. Intro
2. Onderdelen
3. wapens
4. Hoofd
5. Poten
6. Borst
7. Samenvoegen
8. Bedrading
9. Schelpen
10. Conclusie

Opmerkingen: Dit is een zeer geavanceerd en groot Instructables-project! We raden u aan om aanzienlijke ervaring met 3D-printen te hebben voordat u aan dit project begint. De verwachte bouwtijd zal enkele maanden zijn met geschatte bouwkosten van ongeveer $ 2500 (deze kosten kunnen lager of hoger zijn, afhankelijk van welke leveranciers u gebruikt en welke onderdelen u al heeft). Merk op dat dit Instructable alleen de hardwareconstructie dekt, en niet de software (dit is momenteel in ontwikkeling). Dat gezegd hebbende, volle kracht vooruit en veel succes!

Stap 1: Over ASPIR

ASPIR is de spirituele opvolger van Halley, de Ambassador Robot 001 (2015), een populaire goedkope, open-source, 2,6-voet lasergesneden humanoïde robot. Tijdens de presentatie van de Halley-robot hebben we ontdekt dat humanoïde robots er geweldig uitzien als mensen en sociaal-emotionele reacties uitlokken van menselijke kijkers. Er zijn tal van humanoïde robots te koop, maar ze vallen allemaal in slechts twee categorieën: betaalbare speelgoed-hobbyistrobots die minder dan 60 cm lang zijn, en full-size, en research-grade humanoïde robots die meer kosten dan nieuw sportwagens. We wilden het beste van twee werelden samenbrengen met een betaalbare, open-source humanoïde robot op ware grootte. En zo was het ASPIR-project geboren.

(P. S. Heel erg bedankt aan Discovery Channel Canada's Daily Planet voor het produceren van de video!:D)

Stap 2: Over ons

Choitek is een geavanceerd educatief technologiebedrijf dat zich inzet om de studenten van vandaag voor te bereiden om de kunstenaars, ingenieurs en ondernemers van morgen te worden door de grootste, brutaalste en meest ongelooflijk geweldige robots te bouwen om les te geven en te inspireren. We zijn gepassioneerde leden van de open-sourcegemeenschap en geloven dat leren wordt gemaximaliseerd voor het welzijn van iedereen als er geen propriëtaire zwarte dozen zijn om technologie te verbergen en te verdoezelen. Dat gezegd hebbende, hopen we dat je met ons meegaat in dit spannende avontuur om samen aan de toekomst van robotica te bouwen.

(Opmerking: ons bedrijf doet momenteel onderzoek om te zien hoe humanoïde robots zoals ASPIR kunnen worden gebruikt om meer meisjes te inspireren tot STEM. Als je geïnteresseerd bent om met ons samen te werken, laat het ons dan gerust weten!)

Stap 3: Speciale dank

Het ASPIR-project wordt mogelijk gemaakt met de genereuze steun van de Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry van Carnegie Mellon University:

"De Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry is een flexibel laboratorium voor nieuwe vormen van kunstonderzoek, -productie en -presentatie. Opgericht in 1989 binnen het College of Fine Arts aan de Carnegie Mellon University (CMU), dient de STUDIO als een locus voor hybride ondernemingen op de CMU-campus, de regio Pittsburgh en internationaal. Onze huidige nadruk op nieuwe-mediakunsten bouwt voort op meer dan twee decennia ervaring met het hosten van interdisciplinaire kunstenaars in een omgeving verrijkt met wetenschappelijke en technische afdelingen van wereldklasse. Via onze residenties en outreach-programma's, biedt de STUDIO mogelijkheden voor leren, dialoog en onderzoek die leiden tot innovatieve doorbraken, nieuw beleid en de herdefiniëring van de rol van kunstenaars in een snel veranderende wereld."

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

Met 6 supergrote megaservo's per poot, 4 standaardservo's met hoog koppel voor elke arm, 5 microservo's met metalen tandwielen voor elke hand en 2 extra standaardservo's voor het draai-/kantelmechanisme van het hoofd, bewegen de actuatoren van de ASPIR-robot met een duizelingwekkend totaal van 33 vrijheidsgraden. Ter referentie hebben we voorbeeldreferentielinks opgenomen naar verschillende servomotoren die u nodig hebt om de ASPIR-robot te bouwen:

• 10x Metal Gear micro-servo's
• 10x standaard servo's met hoog koppel
• 13x Super High Torque Super-Size Servo's

(Opmerking: de kosten en kwaliteit van servo's zijn zeer variabel, afhankelijk van de leverancier die u gebruikt. We hebben enkele voorbeeldlinks gegeven om u op weg te helpen.)

Stap 5: Elektronica, Elektronica, Elektronica

Naast 33 servomotoren met hoog koppel, hebt u ook een verscheidenheid aan andere elektronische componenten nodig om de ASPIR-robot te besturen en aan te drijven. Ter referentie hebben we voorbeeldreferentielinks opgenomen naar andere elektronische en mechanische componenten die u nodig hebt om de ASPIR-robot te bouwen:

• 1x USB-webcam
• 1x 4-poorts USB-hub
• 1x laserafstandsmeter
• 8x RC-schokdempers
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega Servo Shield
• 5,5-inch Android-smartphone
• 50x servo-verlengkabels
• 2x 5V 10A voedingsadapters
• 8x 210 mm x 6 mm aluminium zeskantstaven
• 4x 120 mm x 6 mm aluminium zeskantstaven
• 4x 100 mm x 6 mm aluminium zeskantstaven
• 2x 75 mm x 6 mm aluminium zeskantstaven
• 1x 60 mm x 6 mm aluminium zeskantstaven

(Opmerking: hoewel deze onderdelen in de bovenstaande links elektronisch compatibel zijn, moet u er rekening mee houden dat de exacte CAD-afmetingen die nodig zijn om bepaalde elektronische en mechanische onderdelen aan te passen, per onderdeel kunnen verschillen.)

Stap 6: 300 uur 3D-printen

Zoals eerder vermeld in de inleiding, is de ASPIR een supermassale 3D-printinspanning. Met meer dan 90 onderdelen om te printen, wordt verwacht dat de totale geschatte printtijd met behulp van standaard 3D-filamentextrusie, infill en laaghoogte-instellingen ergens in de marge van 300 uur zal zijn. Dit zal waarschijnlijk 5 rollen van 1 kg filament verbruiken, printfouten en nieuwe pogingen niet meegerekend (we gebruikten Robo3D PLA-rollen voor al onze 3D-printbehoeften). Houd er ook rekening mee dat je een grote 3D-printer nodig hebt met een minimale bouwplaatgrootte van 10x10x10in (250x250x250mm), zoals de Lulzbot TAZ 6 voor sommige van de grotere 3D-geprinte stukken van de ASPIR-robot. Hier zijn alle bestanden die je nodig hebt om te 3D printen:

• Arm naar links
• Arm naar rechts
• Lichaam
• Voet
• Hand
• Hoofd
• Been links
• Been rechts
• Nek
• Schelpen

Als je alle onderdelen hebt, gaan we beginnen

Stap 7: Armen 1

Om te beginnen beginnen we met onze 3D-geprinte handen. Deze wijzers zijn speciaal ontworpen om flexibel te zijn, zelfs bij het printen met PLA. Bevestig 5 micro-servo's, één voor elke vinger op de 3D-geprinte hand.

Stap 8: Armen 2

Bevestig nu het polsstuk met twee schroeven aan de hand. Steek vervolgens de 100 mm aluminium zeskantstaaf in het polsstuk.

Stap 9: Armen 3

Als je dit nog niet hebt gedaan, ga je gang en leid de draad naar de hoorns van de microservo met de voorwaartse randnoppen op elk van de vingers. Zorg ervoor dat u een stevige knoop op elk van de vingers legt en minimaliseer de sliertslapheid door een strakke verbinding te maken tussen de microservohoorn, de snaar en de leading-edge nop op elke vinger.

Stap 10: Armen 4

Ga verder met de constructie van de armen door het onderarmstuk aan het uiteinde van de zeskantstang te bevestigen. Bevestig een standaard servo aan het onderarmstuk en zet deze vast met 4 schroeven en ringen.

Stap 11: Armen 5

Ga verder met de montage van de arm door het servohoornscharnierdeel aan de onderarm te bevestigen en met 4 schroeven vast te zetten.

Stap 12: Armen 6

Verleng nu de bovenarm door nog een 100 mm aluminium zeskantstaaf in de scharnierverbinding te steken en bevestig nog een 3D-geprinte scharnierverbinding aan het andere uiteinde van de 100 mm aluminium zeskantstaaf.

Stap 13: Armen 7

We zijn nu het schoudergewricht aan het monteren. Begin met het pakken van een andere standaard servo en bevestig deze aan het eerste schouderstuk met 4 schroeven en 4 ringen.

Stap 14: Armen 8

Sleuf en bevestig de schouderconstructie aan de rest van de schouderstukken. Het onderste cirkelvormige stuk moet kunnen draaien op de tandwielas van de servo.

Stap 15: Armen 9

Verbind de schoudereenheid met de servomotor van de bovenarm met het laatste schouderstuk met 4 extra schroeven.

Stap 16: Armen 10

Combineer de schouderconstructie met de onder-/bovenarmconstructie op het draaipunt aan de bovenkant van de armconstructie. De delen moeten aansluiten bij de scharnierverbinding van de bovenarm. Hiermee is de montage van de arm van ASPIR afgerond.

(Opmerking: u moet alle tien stappen herhalen voor de armconstructie voor de andere arm, aangezien ASPIR twee armen heeft, links en rechts.)

Stap 17: Hoofd 1

We zijn nu de kop van ASPIR aan het monteren. Begin met het bevestigen van een standaard servo aan het nekstuk van de robot met 4 schroeven en 4 ringen.

Stap 18: Hoofd 2

Bevestig, net als de eerder draaiende schouderconstructie, een draaiende ronde kop aan de standaard servohoorn en zet deze vast met de ronde kophouder.

Stap 19: Hoofd 3

Bevestig nu het basisplatform van het hoofd van de robot met vier schroeven op het draaimechanisme van de ronde hals uit de vorige stap.

Stap 20: Hoofd 4

Bevestig een andere standaard servo aan het basisplatform met 4 schroeven en 4 ringen. Bevestig de kopkantelkoppelingen aan de hoorn van de servo. Zorg ervoor dat de kantelkoppelingen van de kop vrij kunnen draaien.

Stap 21: Hoofd 5

Bevestig de voorplaathouder van de telefoon aan de voorkant van het basisplatform. Sluit de achterkant van de voorplaathouder van de telefoon aan op de servo-kantelkoppelingen. Zorg ervoor dat het hoofd 60 graden heen en weer kan draaien.

Stap 22: Hoofd 6

Schuif de 5,5-inch Android-telefoon in de telefoonhouder. (Een slanke iPhone met dezelfde afmetingen zou ook moeten werken. Telefoons met andere afmetingen zijn niet getest.)

Stap 23: Hoofd 7

Zet de positie van de telefoon vast door de laserafstandsmeter met 2 schroeven aan de linkerkant van het gezicht van de robot te bevestigen.

Stap 24: Hoofd 8

Steek een aluminium zeskantstaaf van 60 mm in de onderkant van de nek van de robot. Hiermee is de montage van het hoofd van de robot afgerond.

Stap 25: Benen 1

We beginnen nu met de montage van de poten van ASPIR. Maak om te beginnen de voorste en achterste voetstukken van de robot aan elkaar vast met twee grote schroeven. Zorg ervoor dat de voorvoet vrij kan draaien.

Stap 26: Benen 2

Bevestig 2 RC-schokdempers op de voorste en achterste voetstukken zoals afgebeeld. Het voetstuk moet nu ongeveer 30 graden buigen en terugveren.

Stap 27: Benen 3

Begin met het monteren van de enkel met twee extra grote servo's en maak ze samen met 4 schroeven en 4 ringen vast.

Stap 28: Benen 4

Maak de verbinding af met het andere enkelstuk en zet de verbinding vast met nog 4 schroeven en ringen.

Stap 29: Benen 5

Bevestig het voetverbindingsstuk met een grote schroef op de achterkant en 4 kleine schroeven op de servohoorn.

Stap 30: Benen 6

Bevestig de bovenste enkelconnector aan de rest van de enkelmontage op de andere grote servo met 4 kleine schroeven en een grote schroef.

Stap 31: Benen 7

Steek twee 210 mm zeskantige staven in de enkelconstructie. Steek aan het andere uiteinde van de zeskantige stangen het onderste kniestuk.

Stap 32: Benen 8

Bevestig een extra grote servo op het kniestuk met 4 schroeven en 4 ringen.

Stap 33: Benen 9

Sluit het bovenste kniestuk aan op de grote servomotorhoorn van de knie met 4 kleine schroeven en 1 grote schroef.

Stap 34: Benen 10

Steek nog twee 210 mm zeskantige staven op de knieconstructie.

Stap 35: Benen 11

Begin met de constructie van de dij door een 5V10A-stroomadapter in de twee stroomadapterhouderstukken te steken.

Stap 36: Benen 12

Schuif de dijconstructie in de 2 zeskantige staven op het bovenbeen van de robot.

Stap 37: Benen 13

Vergrendel de dij op zijn plaats door een scharnierdeel op de 2 zeskantstangen op het bovenbeen te steken.

Stap 38: Benen 14

Begin met de montage van het heupgewricht door de grote ronde kop op de hoorn van een grote servomotor aan te sluiten.

Stap 39: Benen 15

Schuif de heupservohouder op de grote servomotor en draai 4 schroeven met 4 ringen vast.

Stap 40: Benen 16

Schuif het heupservo-samenstel in het andere heupstuk zodat het scharniergewricht kan draaien. Bevestig dit stuk op zijn plaats met 4 schroeven.

Stap 41: Benen 17

Bevestig nog een grote servo op de heupconstructie met 4 schroeven en 4 ringen.

Stap 42: Benen 18

Bevestig een bovenbeenservohouder met 4 schroeven op het ronde scharniergewricht.

Stap 43: Benen 19

Bevestig een extra grote servo op de grote servohouder van het bovenbeen uit de vorige stap met 4 schroeven en 4 ringen.

Stap 44: Benen 20

Verbind de voltooide heupconstructie met de rest van de beenconstructie bij het scharnierverbindingsdeel van het bovenbeen. Zet hem vast met 4 kleine schroeven en een grote schroef.

Stap 45: Benen 21

Sluit de voetconstructie aan op het onderste uiteinde van de rest van de pootconstructie en zet deze vast met 6 schroeven. U bent nu klaar met de beenmontage voor nu. Herhaal stap 25-45 om het andere been te maken, zodat u zowel het rechter- als het linkerbeen hebt voor de ASPIR-robot.

Stap 46: Borst 1

Begin de borstmontage door grote ronde servohoorns aan de linker- en rechterkant van het grote bekkenstuk te bevestigen.

Stap 47: Borst 2

Steek vier 120 mm zeskantige staven op het bekkengedeelte.

Stap 48: Borst 3

Schuif een Arduino-houderplaat op de achterste twee zeskantstaven. Schuif het onderlichaam op de vier zeskantige staven.

Stap 49: Borst 4

Bevestig een extra grote servo op het onderlichaam en zet deze vast met 4 schroeven en 4 ringen.

Stap 50: Borst 5

Bevestig een extra grote ronde servohoorn op het bovenlichaam met 4 schroeven.

Stap 51: Borst 6

Bevestig aan de achterkant van het bovenlichaamstuk het achterste schakelaarbeschermingsstuk met 5 schroeven.

Stap 52: Borst 7

Bevestig de webcamhouder aan de voorkant van het bovenlichaam met 3 schroeven.

Stap 53: Borst 8

Steek een USB-webcam in de webcamhouder.

Stap 54: Borst 9

Verbind het bovenlichaam met het onderlichaam bij de extra grote servohoorn.

Stap 55: Borst 10

Bevestig een Arduino Mega 2560 op de Arduino-plaat aan de achterkant met 4 schroeven en 4 afstandhouders.

Stap 56: Borst 11

Sluit het Arduino Mega Servo Shield direct aan op de Arduino Mega 2560.

Stap 57: 1. samenvoegen

Verbind de hoofdconstructie met de rompconstructie tussen de zeskantstang van de nek en het bovenlichaamstuk.

Stap 58: 2. samenvoegen

Voeg de linker-, rechter- en linkerarmconstructies samen met de rest van de rompconstructie bij de zeskantige staven van de schouder.

Stap 59: 3. samenvoegen

Bevestig RC-schokdempers onder beide arm-zeskantstangverbindingen. Zorg ervoor dat de schouderconstructie ongeveer 30 graden naar buiten kan buigen.

Stap 60: 4. samenvoegen

Voeg de linker- en rechterbenen samen met de rest van de rompconstructie bij de grote heupservo's. Gebruik grote schroeven om de scharnierverbindingen vast te zetten.

Stap 61: Bedrading 1

Bevestig aan de achterkant van de robot een 4-poorts USB-hub direct boven het Arduino Mega Servo Shield.

Stap 62: Bedrading 2

Begin met het bedraden van alle 33 servo's naar het Arduino Mega Servo Shield met behulp van de servo-verlengkabels. Sluit ook de laserafstandsmeter van het hoofd van de robot aan op het Arduino Mega Servo Shield. We raden aan om standaard kabelbinders te gebruiken om de draden te ordenen.

Stap 63: bedrading 3

Voltooi ten slotte de bedrading door de Arduino Mega, de Android-telefoon en de webcam aan te sluiten op de 4-poorts USB-hub met behulp van standaard USB-kabels. Sluit een USB-verlengkabel aan om de lengte van de 4-poorts USB Hub-bron te verlengen.

Stap 64: Schelpen 1

Begin met het krijgen van de schalen van het hoofd door verbindingsplaten aan de binnenkant van het achterhoofdschaalstuk van de robot te bevestigen.

Stap 65: Schelpen 2

Bevestig het voorste schaalstuk van de robot op de telefoonplaathouder. Zet hem vast met 4 schroeven.

Stap 66: Schelpen 3

Schroef het achterste kopstuk van de robot op het stuk van de voorste gelaatsschaal van de robot.

Stap 67: Schelpen 4

Sluit het achterste deel van de nek aan op de nek van de robot. Zorg ervoor dat de nekdraden goed binnenin passen.

Stap 68: Schelpen 5

Sluit het voorste schaalstuk van de nek aan op de nek van de robot. Zorg ervoor dat de nekdraden goed binnenin passen.

Stap 69: Schelpen 6

Schroef voor elk van de linker- en rechteronderarmen een achterste onderarmschaalstuk vast.

Stap 70: Schelpen 7

Schroef voor elk van de linker- en rechteronderarmen een voorste onderarmschaalstuk vast. Zorg ervoor dat de armdraden goed aansluiten.

Stap 71: Schelpen 8

Schroef voor elk van de linker- en rechterbovenarmen een achterste bovenarmschaalstuk vast. Zorg ervoor dat de armdraden goed aansluiten.

Stap 72: Schelpen 9

Schroef voor elk van de linker- en rechteronderarmen een voorste bovenarmschaalstuk vast. Zorg ervoor dat de armdraden goed aansluiten.

Stap 73: Schelpen 10

Schroef voor elk van de linker- en rechteronderbenen een achterste onderbeenschelpstuk vast. Zorg ervoor dat de beendraden goed aansluiten.

Stap 74: Schelpen 11

Schroef voor elk van de linker- en rechteronderbenen een voorste onderbeenschaal vast. Zorg ervoor dat de beendraden goed aansluiten.

Stap 75: Schelpen 12

Schroef voor elk van de linker- en rechterbovenbenen een voorste bovenbeenschaal op de dijen van de voedingsadapterhouder. Zorg ervoor dat de beendraden goed aansluiten.

Stap 76: Schelpen 13

Schroef voor elk van de linker- en rechterbovenbenen een achterste bovenbeenschaal op de dijen van de voedingsadapterhouder. Zorg ervoor dat de beendraden goed aansluiten.

Stap 77: Schelpen 14"

Bevestig voor de voor- en achterkant van het onderlichaam van de ASPIR-robot een stuk van de voorschaal. Als je klaar bent, schroef je ook een achterste onderlichaam vast.

Stap 78: Schelpen 15

Bevestig het voorste bovenlichaam van de romp aan de voorkant van de borst van de ASPIR-robot, zodat de webcam in het midden van de romp naar buiten steekt. Als je klaar bent, schroef je het achterste bovenlichaam op de achterkant van de borst van de ASPIR-robot.

Stap 79: finishing touch

Zorg ervoor dat de schroeven goed vast zitten en dat de draden goed in alle schaaldelen passen. Als alles correct lijkt te zijn aangesloten, test dan elk van de servo's met behulp van Arduino's Servo Sweep-voorbeeld op elk van de pinnen. (Opmerking: let goed op elk van de servobereiken, omdat niet alle servo's de mogelijkheid hebben om de volledige 0-180 graden te draaien vanwege hun opstelling.)

Stap 80: Conclusie

En daar heb je het! Je eigen full-size 3D-geprinte humanoïde robot, gebouwd met enkele maanden van je goede, harde werk. (Ga je gang en geef jezelf een paar duizend keer een schouderklopje. Je hebt het verdiend.)

Je bent nu vrij om alle vooruitstrevende ingenieurs, uitvinders en innovators te doen zoals je doet met humanoïde robots. Misschien wil je dat ASPIR een robotvriend is om je gezelschap te houden? Misschien wil je een robotstudie-buddy? Of misschien wil je proberen een leger van deze machines te bouwen om de wereld te veroveren zoals de dystopische boze gekke wetenschapper die je kent? (Er zullen nogal wat verbeteringen nodig zijn voordat het klaar is voor militaire veldimplementaties …)

Mijn huidige software om de robot deze dingen te laten doen, is momenteel in de maak, en het zal zeker nog een tijdje duren voordat hij helemaal klaar is voor gebruik. Houd er rekening mee dat het huidige ontwerp van ASPIR vanwege zijn prototypische karakter zeer beperkt is in zijn mogelijkheden; het is zeker niet perfect zoals het nu is en dat zal het waarschijnlijk ook nooit worden. Maar dit is uiteindelijk een goede zaak - dit laat voldoende ruimte om te verbeteren, wijzigingen aan te brengen en vorderingen te maken op het gebied van robotica met onderzoek dat u echt het uwe mag noemen.

Als je ervoor kiest om dit project verder te ontwikkelen, laat het me dan weten! Ik zou heel graag willen zien wat je van dit project kunt maken. Als u nog andere vragen, opmerkingen of opmerkingen heeft over dit project of over hoe ik het zou kunnen verbeteren, hoor ik graag uw mening. In ieder geval hoop ik dat je net zoveel plezier hebt beleefd aan het volgen van deze Instructable als ik aan het schrijven ervan. Ga nu heen en doe geweldige dingen!

Excelsior, -John Choi

Tweede prijs in de Make It Move-wedstrijd 2017