Creare un robot umanoide conforme: 11 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Aggiornamento e pagina: 2021-01-17 Testa, viso, ecc. - aggiunta di webcam Tendini e muscoli - aggiunte di PTFE Nervi e pelle - risultati di gomma conduttiva "Cos'è quella cosa nella foto?"

Fa parte di un corpo robotico, in particolare un prototipo di colonna vertebrale, spalle, braccio e mano. La mia creazione avrà bisogno di un corpo ed è proprio questo il progetto.

Sto lavorando sull'intelligenza generale - il mio team usa il termine "tecnologia delle neuroscienze delle macchine", MiNT, in breve. Spero che la costruzione di uno o più corpi mi aiuti a ispirarmi a progredire nella programmazione. Cosa c'è nel nome

"Crafted" - sì, questo corpo robotico è realizzato a mano. Stampa 3D se preferisci. Ho entrambe le stampanti FDM e resina, ma preferisco l'artigianato per la prototipazione come questo. "Compliant" - significa solo flessibile. L'idea è che il corpo sia abbastanza flessibile da essere sicuro per l'uomo, il che significa che è più probabile che si pieghi intorno a un essere umano o rimbalzi, piuttosto che pizzicare o schiacciare o fare gravi danni. La robotica conforme è un importante campo di sviluppo per rendere sicuri i nostri futuri amici e colleghi di lavoro (o servitori). Robot - autoesplicativo. Questo taccuino non approfondirà MiNT ma se sei interessato a saperne di più o a partecipare al lavoro senza scopo di lucro, contattami. Humanoid - non c'è motivo per cui non potresti adattare molte di queste note di progettazione a robot non umanoidi. È proprio quello che sto cercando. Anche dopo che la mente è completa, sto ancora pianificando un design quadrupede, semplicemente per stabilità.

Passaggio 1: ossa

PVC

È ottimo per la robotica fino a circa le dimensioni e il peso umani. È leggero, resistente, resistente e facile da realizzare. È economico.

Inoltre, sembra un po' come un osso, se è questo che cerchi.

L'ampia varietà di raccordi rende facile e veloce la prototipazione di progetti modestamente complessi. L'interno cavo di tubi e raccordi rende facile nascondere i cavi.

Con un po' di riscaldamento (pistola termica o torcia [veloce ma difficile]), il PVC si ammorbidirà abbastanza da deformarsi, rimodellare e manterrà la sua nuova forma se mantenuto in quella forma finché non si raffredda.

Assicurati solo di usare una buona ventilazione. Non respirare i fumi! La combustione del PVC rilascia gas pericolosi!

PEX - 1/4 pollici

Per le ossa più piccole, come gli avambracci, ho usato questa pipa più morbida.

Il mio primo disegno a mano ha utilizzato PEX per le ossa delle dita, ma per questa macchina più piccola avevo bisogno di ossa delle dita più piccole.

Agitatori per caffè

Vorrei un materiale più resistente ma per ora funziona bene.

Quando uno non è abbastanza forte, trovo che l'incollaggio a caldo di 3 in una pila sembra funzionare.

Metalli

Non ho davvero iniziato a cercare soluzioni in metallo, ma avendo ora scoperto la semplicità della "saldatura" dell'alluminio con una semplice torcia, sento che l'alluminio potrebbe essere un'opzione che vale la pena guardare in futuro. La vera chiave sarà disponibilità di allestimenti e materiali convenienti che richiedono lavorazioni artigianali minime per essere resi funzionali. Sono sicuro che è là fuori, ma quanto costerà e ne vale la pena? Dovremmo anche guardare uno scheletro interamente in metallo? Vale la pena considerare altri metalli e leghe e per quali applicazioni?

Passaggio 2: muscoli e tendini

2021-01-17: Era necessario aggiungere tubi in PTFE / Teflon per guidare alcuni dei tendini attorno all'hardware su cui si sono bloccati durante l'azionamento. In questo momento, le dita funzionano per circa il 75%, ma hanno bisogno di un tipo di molla di ritorno di addizione. Sto pensando alla gomma siliconica, oltre al rivestimento in pelle.

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In questo momento gli unici "muscoli" attualmente collegati sono alcuni servi SG90, che sono tenuti in posizione tramite fascette. Per il momento ho attaccato MG996R per la parte superiore delle braccia e le spalle, ma non so se sarà sufficiente o no. Le fascette sembrano tenere in posizione gli SG90 dell'avambraccio e sembrano consentire quasi 180 gradi di rotazione in base all'attuale configurazione dell'articolazione del polso. Il polso dovrà certamente cambiare alla fine, ma per ora tiene almeno la mano in posizione. Attualmente sto usando il filamento flessibile per i tendini piuttosto che la lenza perché la superficie più ampia non si consuma sulle guaine dei tendini come fa il filo da pesca. Aggiungerò più servi per gli altri giunti prima che sia troppo tardi. La parte superiore del braccio è semplice ma le spalle sono impegnative. I servi della colonna vertebrale saranno quasi certamente raggruppati nell'area dell'anca. Note: Usa quei grandi servi economici per i fianchi. MG996r per le spalle o gli avambracci? - fatto, vedremo come va…Opzioni muscolari: attuatore lineare EMattuatore PEANO HASSEL

Gli attuatori PEANO HASSEL non sono così difficili da realizzare, ma non ho una buona soluzione per l'alta tensione di cui hanno bisogno e non sono sicuro di come evitare che perdano. Altrimenti, preferirei usare questa tecnologia per il controllo muscolare. Forse in una successiva iterazione.

Potrebbe essere necessaria una molla di ritorno sulle dita, ma i tendini potrebbero essere in grado sia di tirare che di spingere, comunque un po'.

Passaggio 3: la colonna vertebrale

Gli adattatori per tubi in PVC, impilati, fungono da vertebre. Tenerli insieme finché non avevo attuatori e tendini in posizione era un problema, ma una disposizione creativa di una lunghezza di filamento flessibile infilato all'interno dei dischi lo ha risolto, mantenendo i dischi in pila. Usa quello che vuoi come base. Avevo già le parti nell'immagine incollate insieme da un precedente 'bot e le ho appena riutilizzate poiché erano già disponibili. I dischi potrebbero essere inutilmente grandi, ma per ora va bene. Lo spazio in eccesso lascia molto spazio per far passare il filo attraverso di loro. Problemi: la colonna vertebrale attuale fa un po' di rumore quando si muove e non è liscia come vorrei. Potrebbero valere la pena di stampare in 3D, ma preferirei non farlo per questa costruzione.

Fase 4: Torso / Cassa toracica / Spalle

Originariamente ho costruito un congegno per la cassa toracica con parti più piccole in pvc ma non era affatto flessibile, il che è una brutta cosa. Dato che non ne ho particolarmente bisogno in questo momento, sto saltando quella parte. Il raccordo incrociato che è in uso in questo momento in origine era solo un topper alla colonna vertebrale per attaccare il filo del filamento flessibile che tiene insieme i dischi, ma ha funzionato bene per la soluzione della spalla, quindi per ora rimane così com'è. Le spalle erano un vero problema. Continuavo a immaginare un giunto universale e ho provato a usare un dispositivo a cerniera compatibile con tubo in PVC disponibile ma non aveva abbastanza la gamma di movimento necessaria per una spalla. Poi mi sono imbattuto in un progetto di un manichino scheletro in PVC posabile da qualche parte online che utilizzava una pallina da golf per la parte della palla di giunti sferici - problema (quasi) risolto! Invece di bloccare le palline da golf come ha fatto l'altro progetto, le ho semplicemente trattenute con degli elastici - fasce per capelli, in particolare, che mi erano rimaste da un altro progetto. ha lasciato un problema. Dal golf le palle non sono attaccate in una configurazione ideale (ne troverò una migliore in seguito,) possono rimanere bloccate ruotate troppo in avanti o indietro. Posizionare una "vertebre" di riserva (raccordo dell'adattatore del tubo) sulla presa della spalla della croce il montaggio ha limitato la posizione dell'osso della spalla in modo tale da evitare che la corsa eccessiva sia un problema serio. Problema/i: - dove posizionare i servi per le spalle? Stessa domanda per il collo. Potrebbe essere necessario un torso più grande solo per ospitare i muscoli.

Passaggio 5: braccia e gomiti

Gli avambracci sono, credo, in PVC da 1/2 pollice, con una pallina da golf attaccata a un raccordo per tubo diritto. Gli avambracci sono in PEX, e per una ragione molto speciale. Volevo emulare la configurazione dell'avambraccio umano con le due ossa che ruotano l'una sull'altra. Ho provato alcune soluzioni diverse, ma ho finito per creare un raccordo per l'estremità superiore del braccio su cui le ossa dell'avambraccio potevano essere avvitate come un giunto a cerniera al gomito. Per fortuna, questo sembra lasciare il polso con circa 90 gradi di rotazione perché le due ossa sono fissate solo al gomito, lasciando la connessione del polso in grado di flettersi. Con il design della mano un po' eccessivamente flessibile, sembra compensare principalmente la perdita di rotazione nell'avambraccio. Ancora una volta, non perfetto ma funziona abbastanza bene.

Passaggio 6: mani

giunti

Ho ideato la soluzione di giunzione nella mia prima mano prototipale sovradimensionata: viti a occhiello, unite attraverso l'occhio con un dado e una vite corta e attaccate in qualche modo all'"osso". Attualmente la soluzione di fissaggio è la colla a caldo - mi piacerebbe qualcosa di meglio ma non ho ancora deciso nulla. Al momento della costruzione di queste mani, ho scoperto che è utile utilizzare 2 viti a occhiello su ciascuna estremità di ciascun osso per impedire alla vite di ruotare e far uscire il dito di allineamento. Finger Joint Rev. A: Piuttosto che viti e dadi convenzionali, ho scoperto che potevo ottenere viti Chicago larghe 1/4 di pollice che hanno un aspetto molto migliore e danno una forma del giunto più uniforme. Vorrei poter ottenere 1/8 di pollice ma non ne ho ancora trovati.

Problema: le viti Chicago hanno bisogno di occhielli da 5 mm - questa è la dimensione del "albero" - e le viti a occhiello comuni sembrano essere di 4 mm. Devo aprire manualmente l'occhio. Ho usato un piccolo punzone affusolato che ha funzionato bene, ma preferirei di gran lunga trovare viti a occhiello uniformi da 5 mm.

Ossatura

Per creare mani molto piccole, ho bisogno di materiale per ossa molto piccole.

Le palette per il caffè non sono abbastanza robuste, ma per ora vanno bene.

tendini

Ogni dito ne ha 1 e alla fine potrebbe avere 2 tendini. I tendini delle dita, in particolare, hanno bisogno di una guaina di instradamento che li tenga in posizione. Ho solo incollato a caldo più cannuccia per il caffè - un po' eccessivo sulla colla per assicurarmi che tenga in alto. Inizialmente, ho provato il filo da pesca ma si è immediatamente tagliato nella guaina, quindi ho provato un filamento flessibile da 1,75 mm e sembra funzionare bene. Nota: preferirei usare segmenti di tubo in PTFE, che ho, per instradare i tendini. Tuttavia, il PTFE probabilmente non si legherà alla colla a caldo. Dovrò sperimentare, immagino. Potrebbe essere in grado di utilizzare una minuscola fascetta per tenere in posizione i tubi in ptfe.

Passaggio 7: testa, viso, ecc

17/1: Al momento, una webcam USB semplice e datata con microfono serve attualmente come segnaposto per la testa. Non ho ancora implementato alcun tipo di visione, tuttavia, l'accesso remoto alla fotocamera non è una sfida. Anche se non lo è una caratteristica desiderata nel progetto finale, attualmente posso vedere *attraverso* la telecamera - e potrei ricevere anche l'audio se stessi usando un metodo di accesso che lo rendesse possibile. Pianificare un progetto monoculare iniziale - occuparsi della visione binoculare è un extra problema che posso affrontare dopo aver ottenuto che la corteccia visiva faccia il suo lavoro di base. L'uscita vocale sarà ovviamente un altoparlante standard. Qualsiasi cosa più avanzata dovrà aspettare. Il controllo muscolare di una bocca e alcune caratteristiche facciali per l'espressione non sarebbe difficile da implementare. Il cervello probabilmente non si adatterà alla testa a meno che non riesca a fare tutto da alcune torte di lamponi. il cervello si adatta, ha bisogno di protezione, soprattutto la memoria. Qualcosa come un sistema a scatola nera.

Passaggio 8: nervi e pelle

2021-01-17 - Ho tentato di creare gomma siliconica conduttiva incorporando polvere di carbonio. Avrei dovuto seguire il consiglio di James Hobson (leggi l'articolo di Hackaday sotto); aveva per lo più ragione. Nota, ho * ottenuto * che la gomma fosse conduttiva, ma ho dovuto usare così tanta polvere di carbonio che quando la gomma si è asciugata era friabile al tatto. Non utile per questa applicazione, per quanto posso dire. Dovrò provare il filamento di carbonio, come consigliato, o forse il silicone platino.

-In realtà non ho ancora svolto alcun lavoro su questa parte, solo ricerca. Voglio uno strato di pelle sensibile alla pressione, non solo sensibile al tocco. La tomografia a campo elettrico sembrava una soluzione promettente per il tatto, ma non sembra offrire la sensazione di pressione. I pensato, e se leggessi un segnale attraverso uno strato resistivo di gomma, combinato con i punti multipli del sensore? Potrei ottenere un'approssimazione decente del tocco del nervo umano e della sensazione di pressione? Altri utenti di silicone confermano che la resistenza di lettura attraverso la gomma può percepire la pressione, quindi spero che sia una buona soluzione. Pianifica di provare a farlo tramite un Arduino Nano o Micro - probabilmente 1 per arto, quindi instradare un segnale di uscita da lì al cervello. Per rilevare il calore e altre cose, non ne ho idea, ma è meno preoccupante delle sensazioni tattili e di pressione molto più comuni che il corpo ha bisogno di fornire al suo cervello. Per quanto riguarda gli strati protettivi/morbidi della pelle, ho preso in considerazione diverse applicazioni di plastica/gomma, ma in questo momento il migliore sembra una gomma siliconica con, forse, una superficie esterna più dura. Note:

Nastro autofondente in silicone

Ho provato a usarlo sul prototipo della mano. Non è andata molto bene. Il problema principale è che ho dovuto applicare troppa pressione attivando il nastro durante l'applicazione e ho finito per torcere un po' le dita. Inoltre era troppo resistente per permettere alle dita di piegarsi liberamente. Forse se non avvolgo le articolazioni e aspetto di trovare un materiale per le ossa delle dita forte… A parte questi fattori, MI PIACE vedere uno strato semi-uniforme di "pelle" sulla mano. davvero facile da tagliare. Prova il nastro idraulico in silicone? Vediamo cosa fa quella roba.

Gomma siliconica

L'alternativa Sugru Oogoo o simile sembra promettente. Per una gomma a immersione sottile, prova la gomma siliconica liquida, il tipo per la creazione di stampi. Per il rilevamento basato sulla resistenza, potrebbe non essere necessario un additivo (carbonio). Per il rilevamento di tensione / rilevamento basato sulla conduttività, l'aggiunta di carbonio (nerofumo in particolare) può fare il trucco.

I riflessi involontari potrebbero essere progettati programmando una risposta coordinata al tocco o alla pressione associata ai muscoli vicini. Questo potrebbe essere utile per aiutare la macchina a conoscere il suo corpo più velocemente. Cioè, se i nervi corrispondono ai muscoli vicini e si attivano automaticamente in risposta a una soglia, la macchina può imparare ad associarli più velocemente.

Fare qualche ricerca. Leggi i commenti su questo articolo. https://hackaday.com/2016/01/07/conductive-silico… - Archiviazione.. Fare riferimento a questo sito Web per informazioni sulla conservazione della gomma liquida inutilizzata… https://www.mositesrubber.com/technical/shipping-u…. Versione corta: la gomma non polimerizzata dovrebbe rimanere non polimerizzata e utilizzabile se conservata tra 0 e 40 ° F, per un massimo di 6 mesi.

Fase 9: Cervello/Mente

2021-01-17 - Ho lavorato con un RPi3B+ in combinazione con un Arduino Nano per il controllo del motore. L'azionamento del motore ha avuto successo. Ho anche testato e confermato la comunicazione tra gli script Python su RPi e Arduino, facendo rimbalzare un semplice messaggio avanti e indietro.

Va bene, questa è la parte più importante. "Igor, portami il cervello!" Le mie macchine utilizzeranno una tecnologia di intelligenza generale in fase di sviluppo. Non si può dire quanto tempo ci vorrà per finirlo, quindi per ora, forse vai con qualcosa in esecuzione su uno o più computer Raspberry Pi. In generale, consiglierei di familiarizzare con e utilizzando il Robot Operating System (ROS) - che verrà eseguito sui computer Raspberry Pi. Non ho ancora implementato ROS e sto discutendo il suo valore per le mie macchine.

Fase 10: Base/Mobilità

ProssimamentePiano attuale: passo standard Rocker-Bogie - da aggiornare a un sistema di gambe quadrupede con configurazione pseudo-bipede opzionale, dopo l'installazione della mente. Ruote - Ruota in plastica di utilità modificata. L'unico vero problema è montarlo su un albero D più piccolo. Provare a riempire il mozzo con resina (o qualcosa di simile), quindi a forare un nuovo mozzo più piccolo e un foro per la vite di fissaggio?

Passaggio 11: alimentazione, ricarica +

ProssimamenteGuida originale Ho avuto sui requisiti di progettazione che questo progetto intende soddisfare semplicemente detto "usa una batteria per tosaerba", ma quella guida è stata emessa prima del 2015, almeno. Potrebbe essere altrettanto conveniente utilizzare una soluzione più leggera ora. L'efficacia dei costi è la priorità più alta dopo aver "soddisfatto i requisiti", quindi il costo sarà probabilmente una delle considerazioni più importanti.