ASPIR: Robot umanoide a grandezza naturale stampato in 3D: 80 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Autonomous Support and Positive Inspiration Robot (ASPIR) è un robot umanoide open-source stampato in 3D da 4,3 piedi che chiunque può costruire con sufficiente grinta e determinazione.

Sommario Abbiamo suddiviso questo enorme Instructable in 80 passaggi in 10 capitoli di facile lettura collegati di seguito per comodità di lettura:

1. introduzione
2. Parti
3. Braccia
4. Capo
5. Gambe
6. Petto
7. Fusione
8. Cablaggio
9. conchiglie
10. Conclusione

Note: questo è un progetto Instructables molto avanzato e di grandi dimensioni! Ti consigliamo di avere una significativa esperienza di stampa 3D prima di tentare questo progetto. Il tempo di costruzione previsto sarà di diversi mesi con un costo di costruzione stimato di circa $ 2500 (questo costo può essere inferiore o superiore a seconda dei fornitori che utilizzi e delle parti che hai già). Nota che questo Instructable copre solo la costruzione dell'hardware e non il software (questo è attualmente in fase di sviluppo). Detto questo, a tutta velocità e buona fortuna!

Passaggio 1: informazioni su ASPIR

ASPIR è il successore spirituale di Halley, l'Ambassador Robot 001 (2015), un popolare robot umanoide a basso costo, open source, 2,6 piedi tagliato al laser. Nel corso della presentazione del Robot Halley, abbiamo scoperto che i robot umanoidi sono fantastici nel sembrare umani e nel suscitare risposte socio-emotive da parte degli spettatori umani. Ci sono un sacco di robot umanoidi in vendita, ma in realtà rientrano tutti in due sole categorie: robot per hobby giocattolo a prezzi accessibili che sono alti meno di 2 piedi e a grandezza naturale e robot umanoidi da ricerca che costano più del nuovo auto sportive. Volevamo unire il meglio di entrambi i mondi con un robot umanoide a grandezza naturale accessibile e open source. E così è nato il progetto ASPIR.

(P. S. Un grande ringraziamento al Daily Planet di Discovery Channel Canada per aver prodotto il video!:D)

Passaggio 2: chi siamo

Choitek è un'azienda di tecnologia educativa avanzata impegnata a preparare gli studenti di oggi a diventare gli artisti, gli ingegneri e gli imprenditori di domani costruendo i robot più grandi, audaci e incredibilmente fantastici da insegnare e ispirare. Siamo membri appassionati della comunità open source e crediamo che l'apprendimento sia massimizzato per il bene di tutti quando non esistono scatole nere proprietarie per nascondere e offuscare la tecnologia. Detto questo, speriamo che ti unirai a noi in questa entusiasmante avventura per costruire insieme il futuro della robotica.

(Nota: la nostra azienda sta attualmente effettuando ricerche per vedere come i robot umanoidi come ASPIR possono essere utilizzati per ispirare più ragazze allo STEM. Se sei interessato a collaborare con noi, non esitare a farcelo sapere!)

Passaggio 3: ringraziamenti speciali

Il progetto ASPIR è reso possibile con il generoso supporto del Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry della Carnegie Mellon University:

"Il Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry è un laboratorio flessibile per nuove modalità di ricerca, produzione e presentazione artistica. Fondato nel 1989 all'interno del College of Fine Arts della Carnegie Mellon University (CMU), lo STUDIO funge da luogo per le imprese ibride nel campus della CMU, nella regione di Pittsburgh e a livello internazionale. La nostra attuale enfasi sulle arti dei nuovi media si basa su oltre due decenni di esperienza nell'ospitare artisti interdisciplinari in un ambiente arricchito da dipartimenti di scienza e ingegneria di livello mondiale. Attraverso le nostre residenze e programmi di sensibilizzazione, lo STUDIO offre opportunità di apprendimento, dialogo e ricerca che portano a scoperte innovative, nuove politiche e alla ridefinizione del ruolo degli artisti in un mondo in rapida evoluzione."

Passaggio 4: servi, servi, servi

Con 6 mega servi super-size per ogni gamba, 4 servi standard ad alta coppia per ogni braccio, 5 micro servi con ingranaggi in metallo per ogni mano e 2 servi standard aggiuntivi per il meccanismo pan/tilt della testa, gli attuatori del robot ASPIR si muovono con un incredibile totale di 33 gradi di libertà. Come riferimento, abbiamo incluso collegamenti di riferimento di esempio ai vari servomotori necessari per costruire il robot ASPIR:

• 10x micro servi con ingranaggi in metallo
• 10 servi standard a coppia elevata
• 13x Servi Super High Torque Super-Size

(Nota: il costo e la qualità del servo sono molto variabili a seconda del fornitore utilizzato. Abbiamo fornito alcuni collegamenti di esempio per aiutarti lungo la strada.)

Passaggio 5: elettronica, elettronica, elettronica

Oltre ai 33 servomotori a coppia elevata, avrai bisogno anche di una varietà di altri componenti elettronici per controllare e alimentare il robot ASPIR. Come riferimento, abbiamo incluso collegamenti di riferimento di esempio ad altri componenti elettronici e meccanici necessari per costruire il robot ASPIR:

• 1x webcam USB
• 1x hub USB a 4 porte
• 1x telemetro laser
• 8x ammortizzatori RC
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega Servo Shield
• Smartphone Android da 5,5 pollici
• 50x cavi di prolunga servo
• 2 adattatori di alimentazione 5V 10A
• Aste esagonali in alluminio 8x 210 mm x 6 mm
• 4 barre esagonali in alluminio da 120 mm x 6 mm
• 4 barre esagonali in alluminio da 100 mm x 6 mm
• 2 aste esagonali in alluminio da 75 mm x 6 mm
• 1x aste esagonali in alluminio da 60 mm x 6 mm

(Nota: sebbene queste parti fornite nei collegamenti sopra siano compatibili elettronicamente, tieni presente che le dimensioni CAD esatte necessarie per adattare determinate parti elettroniche e meccaniche possono variare in base al componente.)

Passaggio 6: 300 ore di stampa 3D

Come accennato in precedenza nell'introduzione, l'ASPIR è un'impresa di stampa 3D super massiccia. Con oltre 90 parti da stampare, il tempo di stampa totale stimato utilizzando l'estrusione di filamenti 3D standard, il riempimento e le impostazioni dell'altezza dello strato dovrebbe essere da qualche parte nell'arco di 300 ore. Questo probabilmente consumerà 5 rotoli di filamento da 1 kg (2,2 libbre), esclusi gli errori di stampa e i tentativi (abbiamo usato i rotoli PLA Robo3D per tutte le nostre esigenze di stampa 3D). Tieni inoltre presente che avrai bisogno di una grande stampante 3D con una dimensione minima della piastra di costruzione di 10x10x10 pollici (250x250x250 mm), come la Lulzbot TAZ 6 per alcuni dei pezzi stampati in 3D più grandi del robot ASPIR. Ecco tutti i file necessari per la stampa 3D:

• Braccio sinistro
• Braccio destro
• Corpo
• Piede
• Mano
• Capo
• Gamba sinistra
• gamba destra
• Collo
• conchiglie

Una volta che hai tutte le parti, cominciamo

Passaggio 7: braccia 1

Per iniziare, inizieremo con le nostre mani stampate in 3D. Queste mani sono appositamente progettate per essere flessibili anche quando si stampa con PLA. Attacca 5 micro servi, uno per ogni dito sulla mano stampata in 3D.

Passaggio 8: braccia 2

Ora, fissa il pezzo da polso alla mano con due viti. Quindi inserire l'asta esagonale in alluminio da 100 mm nel polso.

Passaggio 9: braccia 3

Se non l'hai già fatto, vai avanti e instrada la corda sulle squadrette del micro servo con le sporgenze del bordo anteriore su ciascuna delle dita. Assicurati di fare un nodo fermo su ciascuna delle dita e ridurre al minimo la pendenza della corda creando un collegamento stretto tra la squadretta del micro servo, la corda e la sporgenza del bordo d'attacco su ciascun dito.

Passaggio 10: braccia 4

Continua la costruzione delle braccia attaccando la parte inferiore del braccio all'estremità dell'asta esagonale. Attacca un servo standard al braccio inferiore e fissalo con 4 viti e rondelle.

Passaggio 11: braccia 5

Continuare l'assemblaggio del braccio fissando la parte della cerniera della squadretta del servo al braccio inferiore e fissarla con 4 viti.

Passaggio 12: braccia 6

Ora, estendi il braccio superiore inserendo un'altra asta esagonale in alluminio da 100 mm nel giunto a cerniera e fissa un altro giunto a cerniera stampato in 3D sull'altra estremità dell'asta esagonale in alluminio da 100 mm.

Passaggio 13: braccia 7

Stiamo ora assemblando l'articolazione della spalla. Inizia afferrando un altro servo standard e fissalo al primo pezzo di spalla usando 4 viti e 4 rondelle.

Passaggio 14: braccia 8

Infilare e fissare il gruppo spalla al resto dei pezzi della spalla. Il pezzo circolare inferiore dovrebbe essere in grado di ruotare sull'asse dell'ingranaggio del servo.

Passaggio 15: braccia 9

Collegare il gruppo spalla al servomotore del braccio superiore con l'ultimo pezzo della spalla con 4 viti aggiuntive.

Passaggio 16: braccia 10

Combinare il gruppo spalla con il gruppo braccio inferiore/superiore nel punto di rotazione nella parte superiore del gruppo braccio. Le parti dovrebbero unirsi all'articolazione della cerniera del braccio superiore. Questo conclude l'assemblaggio del braccio di ASPIR.

(Nota: dovrai ripetere tutti e dieci i passaggi per l'assemblaggio del braccio per l'altro braccio, poiché ASPIR ha due bracci, sinistro e destro.)

Passaggio 17: Testa 1

Ora stiamo montando la testa di ASPIR. Inizia collegando un servo standard al collo del robot con 4 viti e 4 rondelle.

Passaggio 18: Testa 2

Come il gruppo spalla girevole in precedenza, attaccare una testa circolare girevole alla squadretta del servo standard e fissarla con il supporto della testa circolare.

Passaggio 19: Testa 3

Ora collega la piattaforma di base della testa del robot al meccanismo di rotazione del collo circolare del passaggio precedente con quattro viti.

Passaggio 20: Testa 4

Fissare un altro servo standard alla piattaforma di base con 4 viti e 4 rondelle. Fissare i collegamenti di inclinazione della testa al quadrilatero del servo. Assicurarsi che i collegamenti di inclinazione della testa siano in grado di ruotare liberamente.

Passo 21: Testa 5

Fissare il supporto del frontalino del telefono sulla parte anteriore della piattaforma di base. Collegare la parte posteriore del supporto del frontalino del telefono ai collegamenti dell'inclinazione del servo. Assicurati che la testa possa ruotare avanti e indietro di 60 gradi.

Passaggio 22: Testa 6

Fai scorrere il telefono Android da 5,5 pollici nel supporto per il viso del telefono. (Anche un iPhone sottile con le stesse dimensioni dovrebbe andare bene. I telefoni con altre dimensioni non sono stati testati.)

Passaggio 23: Testa 7

Fissare la posizione del telefono fissando il telemetro laser sul lato sinistro della faccia del robot con 2 viti.

Passaggio 24: Testa 8

Inserisci un'asta esagonale in alluminio da 60 mm nella parte inferiore del collo del robot. Questo conclude l'assemblaggio della testa del robot.

Passaggio 25: gambe 1

Ora stiamo iniziando l'assemblaggio delle gambe di ASPIR. Per iniziare, fissa insieme le parti del piede anteriore e posteriore del robot con due viti grandi. Assicurati che l'avampiede possa ruotare liberamente.

Passaggio 26: gambe 2

Fissare 2 ammortizzatori RC sulle parti del piede anteriore e posteriore come mostrato. Il pezzo del piede dovrebbe ora flettersi di circa 30 gradi e rimbalzare indietro.

Passaggio 27: gambe 3

Inizia ad assemblare la caviglia con due servi extra large e fissali insieme con 4 viti e 4 rondelle.

Passaggio 28: gambe 4

Completa la connessione con l'altra caviglia e fissa la connessione con altre 4 viti e rondelle.

Passaggio 29: gambe 5

Fissare il connettore del piede con una vite grande sul retro e 4 viti piccole sulla squadretta del servo.

Passaggio 30: gambe 6

Attacca il connettore superiore della caviglia al resto del gruppo della caviglia sull'altro servo grande con 4 viti piccole e una vite grande.

Passaggio 31: gambe 7

Inserisci due aste esagonali da 210 mm nel gruppo della caviglia. Sull'altra estremità delle aste esagonali, inserisci il pezzo inferiore del ginocchio.

Passaggio 32: gambe 8

Fissare un servo extra large sul pezzo del ginocchio con 4 viti e 4 rondelle.

Passaggio 33: gambe 9

Collegare la parte superiore del ginocchio alla grande squadretta del servomotore del ginocchio con 4 viti piccole e 1 vite grande.

Passaggio 34: gambe 10

Inserisci altre due aste esagonali da 210 mm sul gruppo del ginocchio.

Passaggio 35: gambe 11

Iniziare la costruzione della coscia inserendo un adattatore di alimentazione 5V10A nei due pezzi di supporto dell'adattatore di alimentazione.

Passaggio 36: gambe 12

Far scorrere il gruppo coscia nelle 2 aste esagonali sulla parte superiore della gamba del robot.

Passaggio 37: gambe 13

Bloccare la coscia in posizione inserendo una parte del giunto a cerniera sulle 2 aste esagonali sulla parte superiore della gamba.

Passaggio 38: gambe 14

Iniziare l'assemblaggio dell'articolazione dell'anca collegando la grande testa circolare al clacson di un grande servomotore.

Passaggio 39: gambe 15

Far scorrere il supporto del servo dell'anca sul servomotore grande e fissare 4 viti con 4 rondelle.

Passaggio 40: gambe 16

Far scorrere il gruppo del servo dell'anca nell'altro pezzo dell'anca in modo che l'articolazione del perno possa ruotare. Fissare questo pezzo in posizione con 4 viti.

Passaggio 41: gambe 17

Fissare un altro servo grande sul gruppo dell'anca con 4 viti e 4 rondelle.

Passaggio 42: gambe 18

Fissare una parte del supporto del servo della gamba superiore con 4 viti, sul giunto circolare del perno.

Passaggio 43: gambe 19

Fissare un servo extra large sul supporto del servo della gamba superiore della parte grande del passaggio precedente con 4 viti e 4 rondelle.

Passaggio 44: gambe 20

Collegare l'assieme dell'anca completato al resto dell'assieme delle gambe in corrispondenza della parte superiore dell'articolazione della gamba. Fissalo con 4 viti piccole e una vite grande.

Passaggio 45: gambe 21

Collegare il gruppo piedi all'estremità inferiore del resto del gruppo gambe e fissarlo con 6 viti. Ora hai finito con l'assemblaggio delle gambe per ora. Ripeti i passaggi 25-45 per creare l'altra gamba in modo da avere entrambe le gambe destra e sinistra per il robot ASPIR.

Passaggio 46: petto 1

Iniziare l'assemblaggio del torace fissando le grandi squadrette circolari del servo sui lati sinistro e destro del pezzo grande del bacino.

Passaggio 47: petto 2

Inserisci quattro aste esagonali da 120 mm sulla parte del bacino.

Passaggio 48: petto 3

Fai scorrere una piastra porta Arduino sulle due aste esagonali posteriori. Inserisci la parte inferiore del busto sulle quattro aste esagonali.

Passaggio 49: petto 4

Attacca un servo extra large sulla parte inferiore del busto e fissalo in posizione con 4 viti e 4 rondelle.

Passaggio 50: petto 5

Collega una squadretta del servo circolare extra large sulla parte superiore del busto con 4 viti.

Passaggio 51: petto 6

Sul retro della parte superiore del busto, fissare il pezzo di protezione dell'interruttore posteriore con 5 viti.

Passaggio 52: petto 7

Fissare il supporto della webcam sulla parte anteriore della parte superiore del busto con 3 viti.

Passaggio 53: petto 8

Inserisci una webcam USB nel supporto della webcam.

Passaggio 54: petto 9

Collegare il gruppo torso superiore con il gruppo torso inferiore alla squadretta del servo extra large.

Passaggio 55: Petto 10

Fissa un Arduino Mega 2560 sulla piastra Arduino posteriore con 4 viti e 4 distanziali.

Passaggio 56: Petto 11

Collega l'Arduino Mega Servo Shield direttamente sopra l'Arduino Mega 2560.

Passaggio 57: Unione 1

Collegare il gruppo della testa con il gruppo del tronco tra l'asta esagonale del collo e la parte superiore del tronco.

Passaggio 58: Unione di 2

Unisci i gruppi del braccio sinistro, destro e sinistro con il resto del gruppo del busto alle aste esagonali della spalla.

Passaggio 59: Unione 3

Fissare gli ammortizzatori RC sotto entrambi i collegamenti dell'asta esagonale del braccio. Assicurati che il gruppo spalla possa flettersi di circa 30 gradi verso l'esterno.

Passaggio 60: Unione 4

Unisci le gambe sinistra e destra insieme al resto del gruppo del busto sui grandi servi dell'anca. Utilizzare viti grandi per fissare i giunti a perno.

Passaggio 61: cablaggio 1

Sul retro del robot, collega un hub USB a 4 porte direttamente sopra l'Arduino Mega Servo Shield.

Passaggio 62: cablaggio 2

Inizia a cablare tutti i 33 servi all'Arduino Mega Servo Shield usando i cavi di prolunga del servo. Collega anche il telemetro laser dalla testa del robot all'Arduino Mega Servo Shield. Si consiglia di utilizzare fascette per cavi standard per organizzare i fili.

Passaggio 63: cablaggio 3

Infine, completa il cablaggio collegando Arduino Mega, il telefono Android e la webcam all'hub USB a 4 porte utilizzando cavi USB standard. Collegare un cavo di prolunga USB per estendere la lunghezza della sorgente hub USB a 4 porte.

Passaggio 64: conchiglie 1

Inizia a ottenere i gusci della testa fissando le piastre dei connettori all'interno del pezzo di guscio della testa posteriore del robot.

Passaggio 65: conchiglie 2

Attacca la parte anteriore del guscio del robot al supporto della piastra del telefono. Fissalo con 4 viti.

Passaggio 66: Conchiglie 3

Avvitare il pezzo del guscio della testa posteriore del robot sul pezzo del guscio della faccia anteriore del robot.

Passaggio 67: conchiglie 4

Collega il pezzo di guscio posteriore del collo al gruppo del collo del robot. Assicurati che i fili del collo si adattino perfettamente all'interno.

Passaggio 68: conchiglie 5

Collega il pezzo di guscio anteriore del collo al gruppo del collo del robot. Assicurati che i fili del collo si adattino perfettamente all'interno.

Passo 69: Conchiglie 6

Per ciascuno dei bracci inferiori sinistro e destro, avvitare un pezzo di guscio del braccio inferiore posteriore.

Passaggio 70: conchiglie 7

Per ciascuno dei bracci inferiori sinistro e destro, avvitare un pezzo di guscio del braccio inferiore anteriore. Assicurati che i fili del braccio siano ben aderenti.

Passaggio 71: Conchiglie 8

Per ciascuna delle braccia superiori sinistra e destra, avvitare un pezzo di guscio della parte superiore del braccio posteriore. Assicurati che i fili del braccio siano ben aderenti.

Passaggio 72: Conchiglie 9

Per ciascuno dei bracci inferiori sinistro e destro, avvitare un pezzo di guscio del braccio superiore anteriore. Assicurati che i fili del braccio siano ben aderenti.

Passaggio 73: conchiglie 10

Per ciascuna delle gambe inferiori sinistra e destra, avvitare un pezzo di guscio della parte inferiore della gamba posteriore. Assicurati che i cavi delle gambe siano ben aderenti.

Passaggio 74: Conchiglie 11

Per ciascuna delle gambe inferiori sinistra e destra, avvitare un pezzo di guscio anteriore della parte inferiore della gamba. Assicurati che i cavi delle gambe siano ben aderenti.

Passaggio 75: conchiglie 12

Per ciascuna delle gambe superiori sinistra e destra, avvitare un pezzo di guscio anteriore della parte superiore della gamba sulle cosce del supporto dell'adattatore di alimentazione. Assicurati che i cavi delle gambe siano ben aderenti.

Passaggio 76: conchiglie 13

Per ciascuna delle gambe superiori sinistra e destra, avvitare un pezzo di guscio posteriore della parte superiore della gamba sulle cosce del supporto dell'adattatore di alimentazione. Assicurati che i cavi delle gambe siano ben aderenti.

Passaggio 77: Conchiglie 14

Per la parte anteriore e posteriore della parte inferiore del busto del robot ASPIR, attaccare un pezzo di guscio anteriore. Quando hai finito, avvita anche un pezzo della parte inferiore del busto posteriore.

Passaggio 78: conchiglie 15

Attacca la parte anteriore del guscio superiore del busto sulla parte anteriore del petto del robot ASPIR in modo che la webcam sporga al centro del busto. Quando hai finito, avvita la parte superiore del guscio posteriore sul retro del torace del robot ASPIR.

Passaggio 79: ritocchi finali

Assicurati che le viti siano belle e strette e che i fili si adattino perfettamente a tutti i pezzi del guscio. Se tutto sembra essere collegato correttamente, prova ciascuno dei servo usando l'esempio Servo Sweep di Arduino su ciascuno dei pin. (Nota: prestare molta attenzione a ciascuna delle gamme dei servi, poiché non tutti i servi hanno la capacità di ruotare completamente 0-180 gradi a causa della loro disposizione.)

Passo 80: Conclusione

E il gioco è fatto! Il tuo robot umanoide stampato in 3D a grandezza naturale, costruito con diversi mesi del tuo buon e duro lavoro. (Vai avanti e datti una pacca sul pacco un paio di migliaia di volte. Te lo sei guadagnato.)

Ora sei libero di fare qualsiasi cosa ingegneri, inventori e innovatori lungimiranti come fai con i robot umanoidi. Forse vuoi che ASPIR sia un amico robotico che ti tenga compagnia? Forse vuoi un compagno di studio robotico? O forse vuoi provare a costruire un esercito di queste macchine per conquistare il mondo come lo scienziato pazzo malvagio distopico che sai di essere? (Avrà bisogno di alcuni miglioramenti prima di essere pronto per gli schieramenti militari sul campo…)

Il mio attuale software per fare in modo che il robot faccia queste cose è attualmente in lavorazione e ci vorrà sicuramente un po' di tempo prima che sia completamente pronto per l'uso. A causa della sua natura prototipica, si noti che l'attuale design di ASPIR è altamente limitato nelle sue capacità; non è certamente perfetto come lo è ora e probabilmente non lo sarà mai. Ma questa è in definitiva una buona cosa: lascia molto spazio per migliorare, apportare modifiche e sviluppare progressi nel campo della robotica con ricerche che potresti davvero chiamare tua.

Se scegli di sviluppare ulteriormente questo progetto, faccelo sapere! Mi piacerebbe assolutamente vedere cosa puoi ricavare da questo progetto. Se hai altre domande, dubbi o commenti su questo progetto o su come potrei migliorare, mi piacerebbe sentire i tuoi pensieri. In ogni caso, spero che ti sia piaciuto seguire questo Instructable tanto quanto ho avuto modo di scriverlo. Ora vai avanti e fai grandi cose!

Excelsior, -John Choi

Secondo Premio al Concorso Make It Move 2017