Fabriquer un robot humanoïde conforme : 11 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Mise à jour et page: 2021-01-17 Tête, visage, etc. - webcam ajoutéeTendons et muscles - ajouts en PTFENerfs et peau - résultats en caoutchouc conducteur "Qu'est-ce que cette chose sur la photo ?"

Cela fait partie d'un corps robotique - en particulier un prototype de colonne vertébrale, d'épaules, de bras et de main. Ma création aura besoin d'un corps et c'est l'objet de ce projet.

Je travaille sur l'intelligence générale - mon équipe utilise le terme de technologie de « neurosciences machine », MiNT, pour faire court. J'espère que la construction d'un ou plusieurs corps m'aidera à progresser dans la programmation.

"Crafted" - oui, ce corps robotique est fabriqué à la main. Imprimez en 3D si vous préférez. J'ai à la fois des imprimantes FDM et résine, mais je préfère l'artisanat pour le prototypage comme celui-ci. "Conforme" - cela signifie simplement flexible. L'idée est que le corps est suffisamment flexible pour être sans danger pour l'homme, ce qui signifie qu'il est plus susceptible de se plier autour d'un humain ou de rebondir, plutôt que de pincer ou d'écraser ou de faire de graves dommages. La robotique conforme est un domaine de développement important pour que nos futurs amis et collègues (ou serviteurs) soient en sécurité. Robot - explicite. Ce cahier ne se plongera pas dans MiNT, mais si vous souhaitez en savoir plus ou participer au travail à but non lucratif, contactez-moi. Humanoïde - il n'y a aucune raison pour que vous ne puissiez pas adapter beaucoup de ces notes de conception aux robots non-humanoïdes. C'est juste pour ça que je vais. Même une fois que l'esprit est terminé, je prévois toujours un design quadrupède, simplement pour la stabilité.

Étape 1: Os

PVC

Il est idéal pour la robotique jusqu'à la taille et le poids humains. Il est léger, durable, solide et facile à fabriquer. Il est bon marché.

De plus, ça ressemble un peu à un os, si c'est ce que vous recherchez.

La grande variété de raccords permet de prototyper rapidement et facilement des conceptions modestement complexes. L'intérieur creux des tuyaux et des raccords facilite la dissimulation des fils.

Avec un peu de chauffage (pistolet thermique ou torche [rapide mais délicat]), le PVC se ramollira suffisamment pour se déformer, se remodeler et conservera sa nouvelle forme s'il est conservé dans cette forme jusqu'à ce qu'il refroidisse.

Assurez-vous simplement d'utiliser une bonne ventilation. Ne respirez pas les fumées ! La combustion du PVC libère des gaz dangereux !

PEX - 1/4 po

Pour les os plus petits, comme les avant-bras, j'ai utilisé ce tuyau plus doux.

Ma conception de première main utilisait du PEX pour les os des doigts, mais pour cette petite machine, j'avais besoin d'os des doigts plus petits.

Agitateurs à café

J'aimerais un matériau plus solide mais pour l'instant cela fonctionne bien.

Quand on n'est pas assez fort, je trouve que le collage à chaud 3 en pile semble fonctionner.

Métaux

Je n'ai pas vraiment commencé à chercher des solutions métalliques, mais ayant maintenant découvert la simplicité de la « soudure » de l'aluminium avec une simple torche, je pense que l'aluminium peut être une option à considérer à l'avenir. La vraie clé va être disponibilité d'accessoires et de matériaux pratiques qui nécessitent un minimum d'artisanat pour être fonctionnels. Je suis sûr qu'il existe, mais combien cela va-t-il coûter et cela en vaut-il la peine ? Devrions-nous même regarder un squelette tout en métal ? D'autres métaux et alliages valent-ils la peine d'être considérés et pour quelles applications ?

Étape 2: Muscles et tendons

2021-01-17: Il était nécessaire d'ajouter des tubes PTFE / Téflon pour aider à guider certains des tendons autour du matériel sur lequel ils se sont coincés lors de l'actionnement. A cette époque, les doigts fonctionnent à environ 75%, mais ils ont besoin d'un ressort de rappel d'addition. Je prévois du caoutchouc de silicone, en plus du revêtement cutané.

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À l'heure actuelle, les seuls "muscles" actuellement attachés sont des servos SG90, qui sont maintenus en place via des attaches zippées. J'ai attaché MG996R pour le haut des bras et des épaules pour le moment mais je ne sais pas si cela sera suffisant ou pas. Les attaches zippées semblent maintenir les SG90 de l'avant-bras en place et semblent permettre une rotation de près de 180 degrés en fonction de la configuration actuelle de l'articulation du poignet. Le poignet devra certainement changer éventuellement, mais pour l'instant, il maintient au moins la main en place. J'utilise actuellement du filament flexible pour les tendons plutôt que du fil de pêche car la plus grande surface ne s'use pas sur les gaines des tendons comme le fait le fil de pêche. Je vais ajouter plus de servos pour les autres articulations avant trop longtemps. Le haut du bras est simple mais les épaules sont difficiles. Les servos de la colonne vertébrale seront presque certainement regroupés dans la zone des hanches. Remarques: Utilisez ces gros servos cheapo pour les hanches. MG996r pour les épaules ou les avant-bras ? - c'est fait, on verra comment ça se passe…Options musculaires: Actionneur linéaire EM Actionneur PEANO HASSEL

Les actionneurs PEANO HASSEL ne sont pas si difficiles à fabriquer mais je n'ai pas de bonne solution pour la haute tension dont ils ont besoin et je ne sais pas comment les empêcher de fuir. Sinon, je préférerais utiliser cette technologie pour le contrôle musculaire. Peut-être dans une itération ultérieure.

Peut-être besoin d'un ressort de rappel sur les doigts, mais les tendons pourraient à la fois tirer et pousser - un peu quand même.

Étape 3: La colonne vertébrale

Les adaptateurs de tuyaux en PVC, empilés, servent de vertèbres. Les garder ensemble jusqu'à ce que j'aie des actionneurs et des tendons en place était un problème, mais un arrangement créatif d'une longueur de filament flexible enfilé à l'intérieur des disques a résolu le problème, en gardant les disques en pile. Utilisez ce que vous voulez comme base. J'avais déjà collé les parties de l'image à partir d'un bot précédent et je les ai simplement réutilisées car elles étaient déjà disponibles. Les disques peuvent être inutilement volumineux, mais ça va pour le moment. L'espace excédentaire laisse beaucoup d'espace pour faire passer le fil à travers eux. Problèmes:La colonne vertébrale actuelle fait du bruit lorsqu'elle bouge et n'est pas aussi lisse que je le souhaiterais. Cela pourrait valoir la peine d'être imprimé en 3D mais je préférerais ne pas le faire pour cette construction.

Étape 4: Torse/Cage thoracique/Épaules

À l'origine, j'ai construit un engin de cage thoracique à partir de pièces en pvc plus petites, mais il n'était pas du tout flexible, ce qui est une mauvaise chose. Comme je n'en ai pas particulièrement besoin en ce moment, je saute cette partie. à l'origine, il s'agissait à l'origine d'un simple topper à la colonne vertébrale pour attacher le brin de filament flexible qui maintient les disques ensemble, mais cela a bien fonctionné pour la solution d'épaule, donc il reste tel quel pour le moment. Les épaules étaient un vrai problème. J'ai continué à imaginer un joint universel et J'ai essayé d'utiliser un dispositif de charnière compatible avec les tuyaux en PVC disponible, mais il n'avait pas tout à fait l'amplitude de mouvement nécessaire pour une épaule. Ensuite, je suis tombé sur un projet de squelette en PVC articulé quelque part en ligne qui utilisait une balle de golf pour la partie balle des joints à rotule - problème (presque) résolu ! Au lieu de serrer les balles de golf comme l'a fait cet autre projet, je les ai simplement maintenus avec des bandes élastiques - des bandes de cheveux, en particulier, que j'avais les restes d'un autre projet. laissé un problème. Depuis le golf les balles ne sont pas fixées dans une configuration idéale (je trouverai une meilleure plus tard), elles peuvent rester coincées en tournant trop loin vers l'avant ou vers l'arrière. l'ajustement a restreint la position de l'os de l'épaule d'une manière qui empêche la surcourse d'être un problème sérieux. Problème(s): - où placer les servos d'épaule ? Même question pour le cou. Peut-être besoin d'un torse plus grand juste pour accueillir les muscles.

Étape 5: Bras et coudes

Les bras supérieurs sont, je pense, en PVC 1/2 pouce, avec une balle de golf attachée à un raccord de tuyau droit. Les avant-bras sont en PEX, et pour une raison très spéciale. Je voulais imiter la configuration de l'avant-bras humain avec les deux os tournant l'un sur l'autre J'ai essayé quelques solutions différentes, mais j'ai fini par fabriquer un raccord pour l'extrémité supérieure du bras sur lequel les os de l'avant-bras pourraient être vissés comme une articulation au niveau du coude. Heureusement, cela semble laisser le poignet avec environ 90 degrés de rotation parce que les deux os ne sont fixés qu'au coude, laissant la connexion du poignet capable de fléchir. La conception de la main étant un peu trop flexible, elle semble compenser en grande partie la perte de rotation de l'avant-bras. Encore une fois, pas parfait mais il fonctionne assez bien.

Étape 6: les mains

Les articulations

J'ai conçu la solution d'articulation dans ma première main prototype surdimensionnée: des vis à œil, jointes à travers l'œil avec un écrou et une vis courte, et fixées d'une manière ou d'une autre à « l'os ». Actuellement, la solution de fixation est de la colle chaude - j'aimerais quelque chose de mieux mais je n'ai encore rien décidé. Au moment de construire ces mains, j'ai trouvé qu'il était utile d'utiliser 2 vis à œil à chaque extrémité de chaque os pour empêcher la vis de tourner et de sortir le doigt de l'alignement. Finger Joint Rev. A:Plutôt que des vis et des écrous conventionnels, j'ai découvert que je pouvais obtenir des vis Chicago de 1/4 po de large qui ont une meilleure apparence et donnent une forme de joint plus uniforme. J'aimerais pouvoir obtenir 1/8 de pouce mais je n'en ai pas encore trouvé.

Problème: les vis Chicago ont besoin d'œillets de 5 mm - c'est la taille de la « tige » - et les vis à œil ordinaires semblent être de 4 mm. Je dois ouvrir l'œil manuellement. J'ai utilisé un petit poinçon conique qui a bien fonctionné, mais je préférerais de loin trouver des vis à œil uniformes de 5 mm.

OS

Pour fabriquer de très petites mains, j'ai besoin de très petits os.

Les agitateurs à café ne sont pas assez solides mais ils feront l'affaire pour le moment.

Tendons

Chaque doigt a 1 et peut éventuellement avoir 2 tendons. Les tendons des doigts, en particulier, ont besoin d'une gaine de routage qui les maintient en place. Au début, j'ai essayé du fil de pêche, mais il a immédiatement coupé la gaine, j'ai donc essayé un filament flexible de 1,75 mm et cela semble fonctionner correctement. Remarque: je préférerais utiliser des segments de tube en PTFE, que j'ai, pour acheminer les tendons. Cependant, le PTFE ne collera probablement pas avec la colle chaude. Il va falloir que j'expérimente je pense. Pourrait pouvoir utiliser une petite fermeture éclair pour maintenir le tube en ptfe en place.

Étape 7: Tête, visage, etc

1/17: À l'heure actuelle, une webcam USB simple et plus ancienne avec microphone sert actuellement d'espace réservé pour la tête. Je n'ai pas encore implémenté de vision d'aucune sorte, cependant, accéder à distance à la caméra n'est pas un défi. une caractéristique souhaitée dans le projet final, je peux actuellement voir * à travers * la caméra - et je pourrais également recevoir de l'audio si j'utilisais une méthode d'accès qui rendait cela possible. Planifier une conception monoculaire initiale - traiter de la vision binoculaire est un extra problème que je pourrai résoudre une fois que le cortex visuel fera son travail de base. La sortie vocale sera bien sûr un haut-parleur standard. Tout ce qui est plus avancé devra attendre. Le contrôle musculaire d'une bouche et de quelques traits du visage pour l'expression ne serait pas difficile à mettre en œuvre. Le cerveau ne rentrera probablement pas dans la tête à moins que je puisse tout faire à partir de quelques tartes aux framboises. cerveau s'adapte, il a besoin de protection, en particulier la mémoire. Quelque chose comme un système de boîte noire.

Étape 8: Nerfs et peau

2021-01-17 - J'ai essayé de fabriquer du caoutchouc de silicone conducteur en incorporant de la poudre de carbone. J'aurais dû suivre les conseils de James Hobson (lire l'article Hackaday ci-dessous); il avait en grande partie raison. Remarque, j'ai * fait * faire en sorte que le caoutchouc soit conducteur, mais j'ai dû utiliser tellement de poudre de carbone que lorsque le caoutchouc a séché, il était friable au toucher. Pas utile pour cette application, pour autant que je sache. Je vais devoir essayer du filament de carbone, comme cela a été recommandé, ou peut-être du silicone durci au platine.

-Je n'ai pas encore fait de travail sur cette partie, juste des recherches. Je veux une couche de peau sensible à la pression, pas seulement sensible au toucher. La tomographie par champ électrique semblait être une solution prometteuse pour le toucher, mais ne semble pas offrir de sensation de pression. Je pensé, et si je lisais un signal à travers une couche résistive de caoutchouc, combiné avec les multiples points de capteur ? Pourrais-je obtenir une approximation décente du toucher des nerfs humains et de la sensation de pression ? D'autres utilisateurs de silicone confirment que la résistance à la lecture à travers le caoutchouc peut détecter la pression, j'espère donc que c'est une bonne solution. Prévoyez d'essayer de le faire via un Arduino Nano ou Micro - probablement 1 par membre, puis acheminez un signal de sortie de là vers le cerveau. Pour détecter la chaleur et d'autres choses, je n'en ai aucune idée, mais c'est moins préoccupant que les sensations de toucher et de pression beaucoup plus courantes que le corps doit lui fournir. cerveau. En ce qui concerne les couches protectrices / douces de la peau, j'ai envisagé plusieurs applications de plastiques/caoutchouc, mais pour le moment, la meilleure ressemble à du caoutchouc de silicone avec, peut-être, une surface extérieure plus résistante. Remarques:

Ruban auto-fusionnant en silicone

J'ai essayé de l'utiliser sur le prototype de la main. Cela ne s'est pas très bien passé. Le problème principal est que j'ai dû appliquer trop de pression pour activer le ruban pendant l'application et j'ai fini par tordre un peu les doigts. De plus, il était trop résistant pour permettre aux doigts de se plier librement. Peut-être que si je n'enveloppe pas les articulations et que j'attends de trouver un matériau d'os de doigt solide… À part ces facteurs, j'aimais voir une couche semi-uniforme de «peau» sur la main. vraiment facile à couper gratuitement. Essayez le ruban de plombier en silicone? Voyons ce que fait ce truc.

Caoutchouc de silicone

L'alternative Sugru Oogoo ou similaire semble prometteuse. Pour un caoutchouc de trempage mince, essayez le caoutchouc de silicone liquide - le type de fabrication de moules. le noir de carbone en particulier) peut faire l'affaire.

Les réflexes involontaires pourraient être conçus en programmant une réponse coordonnée au toucher ou à la pression associée aux muscles voisins. Cela peut être utile pour aider la machine à connaître son corps plus rapidement. C'est-à-dire que si les nerfs correspondent aux muscles voisins et se déclenchent automatiquement en réponse à un seuil, la machine peut apprendre à les associer plus rapidement.

Fais quelques recherches. Lisez les commentaires sur cet article. https://hackaday.com/2016/01/07/conductive-silico… - Stockage.. Reportez-vous à ce site Web pour obtenir des informations sur le stockage du caoutchouc liquide non utilisé… https://www.mositesrubber.com/technical/shipping-u…. Version courte - le caoutchouc non durci doit rester non durci et utilisable lorsqu'il est stocké entre 0 et 40 ° F, jusqu'à 6 mois.

Étape 9: Cerveau/Esprit

2021-01-17 - J'ai travaillé avec un RPi3B+ en combinaison avec un Arduino Nano pour le contrôle du moteur. L'actionnement du moteur a réussi. J'ai également testé et confirmé la communication entre les scripts Python sur le RPi et l'Arduino, en faisant rebondir un simple message dans les deux sens.

D'accord, c'est la partie la plus importante. "Igor, apporte-moi le cerveau !" Mes machines utiliseront une technologie d'intelligence générale en développement. On ne sait pas combien de temps il faudra pour terminer cela, donc pour l'instant, optez peut-être pour quelque chose fonctionnant sur un ou plusieurs ordinateurs Raspberry Pi. En général, je vous recommande de vous familiariser avec et en utilisant le Robot Operating System (ROS) - qui fonctionnera sur les ordinateurs Raspberry Pi. Je n'ai pas encore implémenté ROS et je débats de sa valeur pour mes machines.

Étape 10: Base / Mobilité

Bientôt disponiblePlan actuel: empattement standard à bascule-bogie - à mettre à jour vers un système de jambe quadrupède avec configuration pseudo-bipède en option, après l'installation de l'esprit. Roues - Roue en plastique utilitaire modifiée. Le seul vrai problème est de le monter sur un arbre D plus petit. Essayez de remplir le moyeu avec de la résine (ou quelque chose de similaire), puis percez un nouveau moyeu plus petit et un trou de vis de réglage ?

Étape 11: Alimentation, charge +

À venir Les conseils d'origine que j'avais sur les exigences de conception auxquelles ce projet est destiné à satisfaire ont simplement dit « utiliser une batterie de tondeuse à gazon », mais ces conseils ont été publiés avant 2015, au moins. Il pourrait être tout aussi rentable d'utiliser une solution plus légère maintenant. La rentabilité est la priorité la plus élevée après « répond aux exigences », donc le coût sera probablement l'une des considérations les plus importantes.