ASPIR: полноразмерный 3D-печатный робот-гуманоид: 80 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Автономный робот поддержки и позитивного вдохновения (ASPIR) - это полноразмерный 4,3-футовый робот-гуманоид с открытым исходным кодом, напечатанный на 3D-принтере, который может построить любой, проявив достаточно энергии и решимости.

Оглавление Мы разделили это огромное 80-шаговое руководство на 10 легко читаемых глав, ссылки на которые приведены ниже, для удобства чтения:

1. вступление
2. Запчасти
3. Руки
4. Голова
5. Ноги
6. Грудь
7. Слияние
8. Проводка
9. Снаряды
10. Заключение

Примечания: Это очень продвинутый и большой проект Instructables! Мы рекомендуем вам иметь значительный опыт 3D-печати, прежде чем приступать к этому проекту. Ожидаемое время сборки составит несколько месяцев при ориентировочной стоимости сборки примерно в 2500 долларов (эта стоимость может быть ниже или выше в зависимости от того, каких поставщиков вы используете и какие детали у вас уже есть). Обратите внимание, что это руководство касается только конструкции оборудования, но не программного обеспечения (в настоящее время оно находится в разработке). С учетом сказанного, полный вперед и удачи!

Шаг 1. Об ASPIR

ASPIR - духовный преемник Галлея, робот-посол 001 (2015 г.), популярный недорогой робот-гуманоид с открытым исходным кодом длиной 2,6 фута, вырезанный лазером. В ходе демонстрации робота Халлея мы обнаружили, что роботы-гуманоиды прекрасно выглядят как люди и вызывают социально-эмоциональные отклики у зрителей. В продаже есть много роботов-гуманоидов, но на самом деле все они делятся всего на две категории: доступные игрушечные роботы-любители ростом менее 2 футов и полноразмерные, а также роботы-гуманоиды исследовательского уровня, которые стоят дороже, чем новые. спортивные автомобили. Мы хотели объединить лучшее из обоих миров в доступном полноразмерном роботе-гуманоиде с открытым исходным кодом. Так родился проект ASPIR.

(P. S. Большое спасибо Discovery Channel Canada's Daily Planet за создание видео!: D)

Шаг 2: О нас

Choitek - компания, занимающаяся передовыми образовательными технологиями, стремящаяся подготовить сегодняшних студентов к тому, чтобы они стали художниками, инженерами и предпринимателями завтрашнего дня, создавая самых больших, самых смелых и невероятно крутых роботов, которых они будут учить и вдохновлять. Мы являемся страстными членами сообщества разработчиков ПО с открытым исходным кодом и верим, что обучение максимально на благо всех, когда не существует закрытых черных ящиков, скрывающих и скрывающих технологии. С учетом сказанного, мы надеемся, что вы присоединитесь к нам в этом захватывающем приключении по совместному строительству будущего робототехники.

(Примечание: наша компания в настоящее время проводит исследование, чтобы увидеть, как можно использовать гуманоидных роботов, таких как ASPIR, чтобы вдохновить больше девушек на STEM. Если вы заинтересованы в сотрудничестве с нами, дайте нам знать!)

Шаг 3. Особая благодарность

Проект ASPIR стал возможным благодаря щедрой поддержке СТУДИИ Фрэнк-Рэтчи для творческих запросов Университета Карнеги-Меллона:

«Студия творческих поисков Франка-Ратчи - это гибкая лаборатория для новых методов исследования, производства и презентации искусств. Основанная в 1989 году на базе Колледжа изящных искусств Университета Карнеги-Меллона (CMU), СТУДИЯ служит местом для гибридных предприятий. в кампусе CMU, в регионе Питтсбург и на международном уровне. Наш нынешний упор на искусство новых медиа основан на более чем двадцатилетнем опыте приема междисциплинарных художников в среде, обогащенной научными и инженерными отделами мирового уровня. Благодаря нашим резиденциям и информационно-просветительским программам, STUDIO предоставляет возможности для обучения, диалога и исследований, которые приводят к инновационным открытиям, новой политике и пересмотру роли художников в быстро меняющемся мире ».

Шаг 4: сервоприводы, сервоприводы, сервоприводы

С 6 сверхразмерными мегасервоприводами на каждую ногу, 4 стандартными сервоприводами с высоким крутящим моментом для каждой руки, 5 микросервоприводами с металлическими зубчатыми колесами для каждой руки и 2 дополнительными стандартными сервоприводами для механизма поворота / наклона головы, приводы робота ASPIR перемещаются с Всего 33 степени свободы. Для вашей справки мы включили образцы ссылок на различные серводвигатели, которые вам понадобятся для создания робота ASPIR:

• 10x Микро Сервоприводы Metal Gear
• 10 стандартных сервоприводов с высоким крутящим моментом
• 13x супер-размерных сервоприводов с высоким крутящим моментом

(Примечание. Стоимость и качество сервопривода сильно различаются в зависимости от поставщика, которого вы используете. Мы предоставили несколько примеров ссылок, которые помогут вам на вашем пути.)

Шаг 5: электроника, электроника, электроника

В дополнение к 33 серводвигателям с высоким крутящим моментом вам также понадобится множество других электронных компонентов для управления роботом ASPIR и его питания. Для вашей справки мы включили образцы ссылок на другие электронные и механические компоненты, которые вам понадобятся для создания робота ASPIR:

• 1x веб-камера USB
• 1x 4-портовый USB-концентратор
• 1x лазерный дальномер
• 8x амортизаторов RC
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega Servo Shield
• 5,5-дюймовый смартфон на базе Android
• 50x удлинительных кабелей для сервоприводов
• 2x адаптера питания 5V 10A
• 8x 210 мм x 6 мм алюминиевые шестигранные стержни
• 4x 120 мм x 6 мм алюминиевые шестигранные стержни
• 4x 100 мм x 6 мм алюминиевые шестигранные стержни
• 2x 75 мм x 6 мм алюминиевые шестигранные стержни
• 1x 60 мм x 6 мм алюминиевые шестигранные стержни

(Примечание: хотя эти детали, указанные по ссылкам выше, будут совместимы с электроникой, имейте в виду, что точные размеры САПР, необходимые для адаптации определенных электронных и механических деталей, могут различаться в зависимости от компонента.)

Шаг 6: 300 часов 3D-печати

Как уже упоминалось во введении ранее, ASPIR - это сверхмассивное устройство для 3D-печати. При печати более 90 деталей общее расчетное время печати с использованием стандартных настроек экструзии 3D-нити, заполнения и высоты слоя, как ожидается, составит примерно 300 часов. Это, вероятно, потребует 5 рулонов нити по 1 кг (2,2 фунта), не считая ошибок печати и повторных попыток (мы использовали рулоны Robo3D PLA для всех наших потребностей в 3D-печати). Также обратите внимание, что вам понадобится большой 3D-принтер с минимальным размером рабочей пластины 10x10x10 дюймов (250x250x250 мм), такой как Lulzbot TAZ 6 для некоторых больших 3D-печатных частей робота ASPIR. Вот все файлы, которые вам понадобятся для 3D-печати:

• Рука влево
• Рука Вправо
• Тело
• Ступня
• Рука
• Голова
• Нога Левая
• Нога правая
• Шея
• Снаряды

Когда у вас есть все детали, приступим

Шаг 7: Руки 1

Для начала мы начнем с наших рук, напечатанных на 3D-принтере. Эти стрелки специально разработаны для обеспечения гибкости даже при печати с PLA. Прикрепите 5 микро сервоприводов, по одному для каждого пальца на руке, напечатанной на 3D-принтере.

Шаг 8: руки 2

Теперь прикрепите запястье к руке двумя винтами. Затем вставьте алюминиевый шестигранный стержень 100 мм в запястье.

Шаг 9: Руки 3

Если вы еще этого не сделали, протяните шнур на рожки сервопривода так, чтобы выступы передней кромки были на каждом из пальцев. Обязательно завяжите прочный узел на каждом из пальцев и минимизируйте провисание струны, сделав плотное соединение между рупором микро сервопривода, струной и выступом на передней кромке каждого пальца.

Шаг 10: руки 4

Продолжите сборку рычагов, прикрепив нижнюю часть рычага к концу шестигранного стержня. Присоедините стандартный сервопривод к нижней части рычага и закрепите его 4 винтами и шайбами.

Шаг 11: Руки 5

Продолжите сборку рычага, прикрепив часть петли сервопривода к нижнему рычагу и закрепив ее 4 винтами.

Шаг 12: Руки 6

Теперь вытяните верхний рычаг, вставив еще один 100-миллиметровый алюминиевый шестигранный стержень в шарнирное соединение, и закрепите еще одно шарнирное соединение с 3D-печатью на другом конце 100-миллиметрового алюминиевого шестигранного стержня.

Шаг 13: Руки 7

Теперь собираем плечевой сустав. Начните с того, что возьмите другой стандартный сервопривод и прикрепите его к первому плечевому упору с помощью 4 винтов и 4 шайб.

Шаг 14: руки 8

Проделайте прорезь и прикрепите плечевой узел к остальным плечевым элементам. Нижняя круглая деталь должна иметь возможность поворачиваться на оси шестерни сервопривода.

Шаг 15: Руки 9

Соедините плечевой узел с серводвигателем верхнего плеча с последним плечевым упором с 4 дополнительными винтами.

Шаг 16: руки 10

Совместите плечевой узел с узлом нижнего / верхнего рычага в точке поворота в верхней части рычага в сборе. Детали должны соединиться в шарнире верхнего плеча. На этом сборка руки ASPIR завершена.

(Примечание: вам нужно будет повторить все десять шагов для сборки рычага для другого рычага, так как ASPIR имеет два рычага, левый и правый.)

Шаг 17: Глава 1

Сейчас собираем голову ASPIR. Начните с прикрепления стандартного сервопривода к шейке робота с помощью 4 винтов и 4 шайб.

Шаг 18: Глава 2

Как и ранее в сборке поворотного плеча, прикрепите поворотную круглую головку к стандартному сервоприводу и закрепите ее держателем круглой головки.

Шаг 19: Глава 3

Теперь прикрепите базовую платформу головы робота к поворотному механизму круглой шеи из предыдущего шага с помощью четырех винтов.

Шаг 20: Глава 4

Прикрепите еще один стандартный сервопривод к базовой платформе с помощью 4 винтов и 4 шайб. Присоедините рычаги наклона головы к рогу сервопривода. Убедитесь, что рычаги наклона головы могут свободно вращаться.

Шаг 21: Глава 5

Прикрепите держатель лицевой панели телефона к передней части базовой платформы. Подсоедините заднюю часть держателя лицевой панели телефона к рычажкам сервопривода наклона. Убедитесь, что голова может вращаться вперед и назад на 60 градусов.

Шаг 22: Глава 6

Вставьте 5,5-дюймовый телефон Android в держатель для телефона. (Тонкий iPhone с такими же размерами тоже подойдет. Телефоны с другими размерами не тестировались.)

Шаг 23: Глава 7

Зафиксируйте положение телефона, закрепив лазерный дальномер с левой стороны лица робота двумя винтами.

Шаг 24: Глава 8

Вставьте алюминиевый шестигранный стержень диаметром 60 мм в нижнюю часть шеи робота. На этом сборка головы робота завершена.

Шаг 25: ноги 1

Сейчас мы приступаем к сборке ножек ASPIR. Для начала скрепите переднюю и заднюю части лапы робота двумя большими винтами. Убедитесь, что передняя часть стопы может свободно вращаться.

Шаг 26: ноги 2

Прикрепите 2 амортизатора RC к передней и задней части ступни, как показано. Теперь ножка должна согнуться примерно на 30 градусов и отскочить назад.

Шаг 27: ноги 3

Начните сборку лодыжки с двух очень больших сервоприводов и скрепите их вместе 4 винтами и 4 шайбами.

Шаг 28: ноги 4

Завершите соединение с другой частью лодыжки и закрепите соединение еще 4 винтами и шайбами.

Шаг 29: ноги 5

Прикрепите соединительную деталь ножки с помощью одного большого винта на задней панели и 4 маленьких винтов на рупоре сервопривода.

Шаг 30: ноги 6

Прикрепите верхний соединитель лодыжки к остальной части узла лодыжки на другом большом сервоприводе с помощью 4 маленьких и одного большого винта.

Шаг 31: ноги 7

Вставьте два шестигранных стержня 210 мм в узел лодыжки. На другом конце шестигранных стержней прорезать нижнюю часть колена.

Шаг 32: ноги 8

Прикрепите очень большой сервопривод к колену с помощью 4 винтов и 4 шайб.

Шаг 33: ноги 9

Присоедините верхнюю часть колена к большому рогу серводвигателя колена с помощью 4 маленьких и 1 большого винта.

Шаг 34: ноги 10

Наденьте еще два шестигранных стержня 210 мм на коленный узел.

Шаг 35: ноги 11

Начните конструирование бедра, вставив адаптер питания 5V10A в два держателя адаптера питания.

Шаг 36: ноги 12

Вставьте бедро в 2 шестигранных стержня на верхней части ноги робота.

Шаг 37: ноги 13

Зафиксируйте бедро на месте, надев часть шарнира на 2 шестигранных стержня на верхней части ноги.

Шаг 38: ноги 14

Начните сборку тазобедренного сустава, подключив большую круглую головку к рогу большого серводвигателя.

Шаг 39: ноги 15

Наденьте держатель сервопривода бедра на большой серводвигатель и затяните 4 винта с 4 шайбами.

Шаг 40: ноги 16

Вставьте узел сервопривода бедра в другую деталь бедра, чтобы шарнирное соединение могло вращаться. Закрепите эту деталь на месте 4 винтами.

Шаг 41: ноги 17

Прикрепите еще один большой сервопривод к тазобедренному узлу с помощью 4 винтов и 4 шайб.

Шаг 42: ноги 18

Закрепите часть держателя сервопривода верхней ноги 4 винтами на круглом шарнире.

Шаг 43: ноги 19

Прикрепите очень большой сервопривод к держателю сервопривода верхней части большой части из предыдущего шага с помощью 4 винтов и 4 шайб.

Шаг 44: ноги 20

Присоедините законченный узел бедра к остальной части узла ноги в части шарнира верхней части ноги. Закрепите его 4 маленькими винтами и одним большим винтом.

Шаг 45: ноги 21

Присоедините ножку к нижнему концу остальной части ножки и закрепите его 6 винтами. На этом вы закончили сборку ножек. Повторите шаги 25-45, чтобы создать вторую ногу, чтобы у вас были правая и левая ноги для робота ASPIR.

Шаг 46: Сундук 1

Начните сборку грудной клетки, закрепив большие круглые сервоприводы на левой и правой сторонах большой части таза.

Шаг 47: Сундук 2

Наденьте четыре шестигранных стержня 120 мм на таз.

Шаг 48: сундук 3

Наденьте пластину держателя Arduino на два задних шестигранных стержня. Наденьте нижнюю часть туловища на четыре шестигранных стержня.

Шаг 49: сундук 4

Прикрепите очень большой сервопривод к нижней части туловища и закрепите его на месте 4 винтами и 4 шайбами.

Шаг 50: сундук 5

Присоедините очень большой круглый рог сервопривода к верхней части туловища с помощью 4 винтов.

Шаг 51: сундук 6

С обратной стороны верхней части туловища прикрепите задний защитный кожух переключателя с помощью 5 винтов.

Шаг 52: сундук 7

Закрепите держатель веб-камеры на передней части верхней части туловища 3 винтами.

Шаг 53: Сундук 8

Вставьте веб-камеру USB в держатель веб-камеры.

Шаг 54: сундук 9

Соедините верхнюю часть туловища с нижней частью туловища на очень большом роге сервопривода.

Шаг 55: сундук 10

Прикрепите Arduino Mega 2560 к задней панели Arduino с помощью 4 винтов и 4 прокладок.

Шаг 56: сундук 11

Подключите Arduino Mega Servo Shield непосредственно к Arduino Mega 2560.

Шаг 57: слияние 1

Соедините узел головы с узлом туловища между шестигранным стержнем шеи и верхней частью туловища.

Шаг 58: слияние 2

Объедините левую, правую и левую руки в сборе с остальной частью туловища на шестигранных стержнях плеча.

Шаг 59: слияние 3

Закрепите амортизаторы RC под шестигранными соединениями обоих рычагов. Убедитесь, что плечевой узел может изгибаться наружу примерно на 30 градусов.

Шаг 60: слияние 4

Соедините левую и правую ноги вместе с остальной частью туловища на больших сервоприводах для бедер. Используйте большие винты, чтобы закрепить шарнирные соединения.

Шаг 61: Подключение 1

Сзади робота прикрепите 4-портовый USB-концентратор прямо над Arduino Mega Servo Shield.

Шаг 62: Подключение 2

Начните подключать все 33 сервопривода к Arduino Mega Servo Shield, используя удлинительные кабели сервоприводов. Также подключите лазерный дальномер от головы робота к Arduino Mega Servo Shield. Мы рекомендуем использовать стандартные кабельные стяжки, чтобы упорядочить провода.

Шаг 63: Подключение 3

Наконец, завершите проводку, подключив Arduino Mega, телефон Android и веб-камеру к 4-портовому USB-концентратору с помощью стандартных USB-кабелей. Присоедините удлинительный кабель USB, чтобы увеличить длину 4-портового USB-концентратора.

Шаг 64: Снаряды 1

Начните получать оболочки головы, закрепив соединительные пластины на внутренней части задней части оболочки головы робота.

Шаг 65: Снаряды 2

Прикрепите переднюю часть корпуса робота к держателю пластины телефона. Закрепите его 4 винтами.

Шаг 66: Снаряды 3

Навинтите заднюю часть корпуса головы робота на переднюю часть корпуса робота.

Шаг 67: Снаряды 4

Присоедините заднюю часть оболочки шеи к узлу шеи робота. Убедитесь, что шейные провода плотно прилегают внутрь.

Шаг 68: Снаряды 5

Присоедините переднюю часть оболочки шеи к сборке шеи робота. Убедитесь, что шейные провода плотно прилегают внутрь.

Шаг 69: Снаряды 6

Для каждого из левого и правого нижних рычагов прикрутите детали кожуха заднего нижнего рычага.

Шаг 70: Снаряды 7

Для каждого из левого и правого нижних рычагов прикрутите часть кожуха переднего нижнего рычага. Убедитесь, что провода рычага плотно прилегают.

Шаг 71: Снаряды 8

Для каждого из левого и правого плеча привинтите заднюю часть корпуса плеча. Убедитесь, что провода рычага плотно прилегают.

Шаг 72: Снаряды 9

Для каждого из левого и правого нижних рычагов прикрутите переднюю часть корпуса верхнего рычага. Убедитесь, что провода рычага плотно прилегают.

Шаг 73: Снаряды 10

Для каждой из левой и правой голеней прикрутите часть накладки на заднюю часть голени. Убедитесь, что провода для ног плотно прилегают.

Шаг 74: снаряды 11

Для каждой из левой и правой голеней прикрутите переднюю часть оболочки голени. Убедитесь, что провода для ног плотно прилегают.

Шаг 75: Снаряды 12

Для каждой из левой и правой верхней части ног прикрутите переднюю часть оболочки верхней части ноги к бедрам держателя адаптера питания. Убедитесь, что провода для ног плотно прилегают.

Шаг 76: Снаряды 13

Для каждой из левой и правой верхней части ног прикрутите заднюю часть оболочки верхней части ноги к бедрам держателя адаптера питания. Убедитесь, что провода для ног плотно прилегают.

Шаг 77: Снаряды 14

Для передней и задней части нижней части туловища робота ASPIR прикрепите переднюю часть корпуса. Когда вы закончите, прикрутите также заднюю часть нижней части туловища.

Шаг 78: Снаряды 15

Прикрепите переднюю верхнюю часть корпуса к передней части груди робота ASPIR так, чтобы веб-камера выступала в центре туловища. Когда вы закончите, прикрутите заднюю часть верхней части корпуса к задней части груди робота ASPIR.

Шаг 79: завершающие штрихи

Убедитесь, что винты хороши и плотно затянуты, а провода плотно прилегают ко всем частям корпуса. Если все выглядит правильно, протестируйте каждый из сервоприводов, используя пример Servo Sweep Arduino на каждом из выводов. (Примечание: обратите особое внимание на каждый из диапазонов сервоприводов, так как не все сервоприводы могут вращаться на полные 0–180 градусов из-за их расположения.)

Шаг 80: Заключение

И вот оно! Ваш собственный полноразмерный робот-гуманоид, напечатанный на 3D-принтере, созданный за несколько месяцев вашего хорошего и упорного труда. (Идите и погладьте себя пару тысяч раз. Вы это заслужили.)

Теперь вы можете делать то, что дальновидные инженеры, изобретатели и новаторы, как вы делаете с роботами-гуманоидами. Возможно, вы хотите, чтобы ASPIR стал другом-роботом и составил вам компанию? Может быть, вам нужен робот-напарник? Или, может быть, вы хотите попытаться построить армию из этих машин, чтобы завоевать мир, как злой антиутопический безумный ученый, каким вы себя знаете? (Потребуется немало улучшений, прежде чем он будет готов к развертыванию в военных целях …)

Мое текущее программное обеспечение, чтобы заставить робота делать эти вещи, в настоящее время находится в разработке, и, безусловно, пройдет некоторое время, прежде чем он станет полностью готовым к работе. Обратите внимание, что текущая конструкция ASPIR очень ограничена в своих возможностях из-за своей прототипической природы; он определенно не идеален, как сейчас, и, вероятно, никогда не будет. Но в конечном итоге это хорошо - это оставляет много возможностей для улучшения, внесения изменений и развития достижений в области робототехники с исследованиями, которые вы действительно можете назвать своими собственными.

Если вы решите продолжить развитие этого проекта, дайте мне знать! Мне очень хотелось бы увидеть, что вы можете сделать из этого проекта. Если у вас есть какие-либо другие вопросы, опасения или комментарии по поводу этого проекта или того, как я мог бы его улучшить, я хотел бы услышать ваши мысли. В любом случае, я надеюсь, что вам понравилось следовать этому Руководству так же, как я его писал. А теперь вперед и творите великие дела!

Excelsior, - Джон Чой

Второй приз конкурса Make It Move 2017