ASPIR : Robot humanoïde imprimé en 3D pleine taille : 80 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Le robot de soutien autonome et d'inspiration positive (ASPIR) est un robot humanoïde imprimé en 3D open source de 4,3 pieds pleine grandeur que n'importe qui peut construire avec suffisamment de motivation et de détermination.

Table des matièresNous avons divisé cet énorme Instructable de 80 étapes en 10 chapitres faciles à lire liés ci-dessous pour votre commodité de lecture:

1. Introduction
2. les pièces
3. Les bras
4. Diriger
5. Jambes
6. Coffre
7. Fusionner
8. Câblage
9. Coquilles
10. Conclusion

Remarques: il s'agit d'un projet Instructables très avancé et volumineux ! Nous vous recommandons d'avoir une expérience significative en impression 3D avant de tenter ce projet. Le temps de construction prévu sera de plusieurs mois avec un coût de construction estimé à environ 2500 $ (ce coût peut être inférieur ou supérieur en fonction des fournisseurs que vous utilisez et des pièces que vous possédez déjà). Notez que ce Instructable ne couvre que la construction matérielle, et non le logiciel (c'est actuellement en cours de développement). Cela étant dit, à toute vitesse et bonne chance!

Étape 1: À propos d'ASPIR

ASPIR est le successeur spirituel de Halley, l'Ambassador Robot 001 (2015), un robot humanoïde populaire à faible coût et open source de 2,6 pieds découpé au laser. Au cours de la présentation du robot Halley, nous avons constaté que les robots humanoïdes sont géniaux pour avoir l'air humain et susciter des réponses socio-émotionnelles de la part des téléspectateurs humains. Il existe de nombreux robots humanoïdes à vendre, mais ils se répartissent tous en deux catégories: les robots amateurs de jouets abordables mesurant moins de 2 pieds de haut et les robots humanoïdes de qualité recherche qui coûtent plus cher que les nouveaux. voitures de sport. Nous voulions réunir le meilleur des deux mondes avec un robot humanoïde pleine grandeur abordable et open source. Et c'est ainsi qu'est né le projet ASPIR.

(P. S. Un grand merci au Daily Planet de Discovery Channel Canada pour la production de la vidéo!:D)

Étape 2: À propos de nous

Choitek est une entreprise de technologie éducative avancée qui s'engage à préparer les étudiants d'aujourd'hui à devenir les artistes, les ingénieurs et les entrepreneurs de demain en construisant les robots les plus grands, les plus audacieux et les plus incroyablement impressionnants à enseigner et à inspirer. Nous sommes des membres passionnés de la communauté open source et pensons que l'apprentissage est maximisé pour le bien de tous lorsqu'il n'existe pas de boîtes noires propriétaires pour dissimuler et obscurcir la technologie. Cela étant dit, nous espérons que vous vous joindrez à nous dans cette aventure passionnante de construire ensemble l'avenir de la robotique.

(Remarque: notre entreprise fait actuellement des recherches pour voir comment les robots humanoïdes comme ASPIR peuvent être utilisés pour inspirer plus de filles dans STEM. Si vous souhaitez collaborer avec nous, n'hésitez pas à nous le faire savoir !)

Étape 3: Remerciements spéciaux

Le projet ASPIR est rendu possible grâce au généreux soutien du Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry de l'Université Carnegie Mellon:

"Le Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry est un laboratoire flexible pour les nouveaux modes de recherche, de production et de présentation des arts. Fondé en 1989 au sein du College of Fine Arts de l'Université Carnegie Mellon (CMU), le STUDIO sert de lieu pour les entreprises hybrides sur le campus de la CMU, dans la région de Pittsburgh et à l'étranger. Notre accent actuel sur les arts des nouveaux médias s'appuie sur plus de deux décennies d'expérience dans l'accueil d'artistes interdisciplinaires dans un environnement enrichi par des départements de sciences et d'ingénierie de classe mondiale. Grâce à nos résidences et programmes de sensibilisation, le STUDIO offre des opportunités d'apprentissage, de dialogue et de recherche qui mènent à des percées innovantes, de nouvelles politiques et à la redéfinition du rôle des artistes dans un monde en évolution rapide."

Étape 4: Servos, Servos, Servos

Avec 6 méga servos de grande taille pour chaque jambe, 4 servos standard à couple élevé pour chaque bras, 5 micro servos à engrenage métallique pour chaque main et 2 servos standard supplémentaires pour le mécanisme de panoramique/inclinaison de la tête, les actionneurs du robot ASPIR se déplacent avec un total impressionnant de 33 degrés de liberté. Pour votre référence, nous avons inclus des exemples de liens de référence vers divers servomoteurs dont vous aurez besoin pour construire le robot ASPIR:

• 10x micro servos à engrenages métalliques
• 10x servos standard à couple élevé
• 13x Servos Super-Taille Super High Torque

(Remarque: le coût et la qualité des servomoteurs sont très variables en fonction du fournisseur que vous utilisez. Nous avons fourni des exemples de liens pour vous aider tout au long de votre parcours.)

Étape 5: Électronique, Électronique, Électronique

En plus des 33 servomoteurs à couple élevé, vous aurez également besoin de divers autres composants électroniques pour contrôler et alimenter le robot ASPIR. Pour votre référence, nous avons inclus des exemples de liens de référence vers d'autres composants électroniques et mécaniques dont vous aurez besoin pour construire le robot ASPIR:

• 1x webcam USB
• 1x concentrateur USB à 4 ports
• 1x télémètre laser
• 8x amortisseurs RC
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega Servo Shield
• Téléphone intelligent Android de 5,5 pouces
• 50x câbles d'extension de servo
• 2x 5V 10A adaptateurs d'alimentation
• 8 tiges hexagonales en aluminium de 210 mm x 6 mm
• 4 tiges hexagonales en aluminium de 120 mm x 6 mm
• 4 tiges hexagonales en aluminium de 100 mm x 6 mm
• 2 tiges hexagonales en aluminium de 75 mm x 6 mm
• 1 tiges hexagonales en aluminium de 60 mm x 6 mm

(Remarque: Bien que ces pièces fournies dans les liens ci-dessus soient compatibles électroniquement, gardez à l'esprit que les dimensions CAO exactes nécessaires pour adapter certaines pièces électroniques et mécaniques peuvent varier selon les composants.)

Étape 6: 300 heures d'impression 3D

Comme mentionné dans l'introduction précédemment, l'ASPIR est une entreprise d'impression 3D super massive. Avec plus de 90 pièces à imprimer, le temps d'impression total estimé à l'aide des paramètres standard d'extrusion de filament 3D, de remplissage et de hauteur de couche devrait se situer aux alentours de 300 heures. Cela consommera probablement 5 rouleaux de filament de 1 kg (2,2 lb), sans compter les échecs d'impression et les nouvelles tentatives (nous avons utilisé des rouleaux de PLA Robo3D pour tous nos besoins d'impression 3D). Notez également que vous aurez besoin d'une grande imprimante 3D avec une taille de plaque de construction minimale de 10x10x10in (250x250x250mm), telle que la Lulzbot TAZ 6 pour certaines des plus grandes pièces imprimées en 3D du robot ASPIR. Voici tous les fichiers dont vous aurez besoin pour imprimer en 3D:

• Bras gauche
• Bras droit
• Corps
• Pied
• Main
• Diriger
• Jambe Gauche
• Jambe Droite
• Cou
• Coquilles

Une fois que vous avez toutes les pièces, commençons

Étape 7: Bras 1

Pour commencer, nous allons commencer avec nos mains imprimées en 3D. Ces mains sont spécialement conçues pour être flexibles même lors de l'impression avec du PLA. Fixez 5 micro servos, un pour chaque doigt sur la main imprimée en 3D.

Étape 8: Bras 2

Maintenant, fixez le poignet à la main avec deux vis. Insérez ensuite la tige hexagonale en aluminium de 100 mm dans le poignet.

Étape 9: Bras 3

Si vous ne l'avez pas déjà fait, allez-y et acheminez la corde sur les cornes du micro servo avec les bosses du bord d'attaque avant sur chacun des doigts. Assurez-vous de faire un nœud ferme sur chacun des doigts et de minimiser l'affaissement de la corde en établissant une connexion étroite entre le micro palonnier, la corde et le picot du bord d'attaque de chaque doigt.

Étape 10: Bras 4

Continuez la construction des bras en attachant la pièce du bras inférieur à l'extrémité de la tige hexagonale. Fixez un servo standard à la pièce du bras inférieur et fixez-le avec 4 vis et rondelles.

Étape 11: bras 5

Continuez l'assemblage du bras en fixant la partie charnière du palonnier sur le bras inférieur et fixez-le avec 4 vis.

Étape 12: Bras 6

Maintenant, étendez le bras supérieur en insérant une autre tige hexagonale en aluminium de 100 mm dans le joint de charnière et fixez un autre joint de charnière imprimé en 3D à l'autre extrémité de la tige hexagonale en aluminium de 100 mm.

Étape 13: Bras 7

Nous assemblons maintenant l'articulation de l'épaule. Commencez par saisir un autre servo standard et fixez-le à la première pièce d'épaule à l'aide de 4 vis et 4 rondelles.

Étape 14: Bras 8

Fente et fixez l'ensemble d'épaule au reste des pièces d'épaule. La pièce circulaire inférieure doit pouvoir pivoter sur l'axe d'engrenage du servo.

Étape 15: Bras 9

Connectez l'ensemble d'épaule au servomoteur du bras supérieur avec la dernière pièce d'épaule avec 4 vis supplémentaires.

Étape 16: Armes 10

Combinez l'ensemble épaule avec l'ensemble bras inférieur/supérieur au point de pivotement en haut de l'ensemble bras. Les pièces doivent se rejoindre au niveau de la charnière du bras supérieur. Ceci conclut l'assemblage du bras d'ASPIR.

(Remarque: vous devrez répéter les dix étapes pour l'assemblage du bras pour l'autre bras, car ASPIR a deux bras, gauche et droit.)

Étape 17: Tête 1

Nous assemblons maintenant la tête d'ASPIR. Commencez par fixer un servo standard au cou du robot avec 4 vis et 4 rondelles.

Étape 18: Tête 2

Comme pour l'ensemble d'épaulement pivotant précédemment, fixez une tête circulaire pivotante au palonnier standard et fixez-la avec le support de tête circulaire.

Étape 19: Tête 3

Fixez maintenant la plate-forme de base de la tête du robot sur le mécanisme de pivot du cou circulaire de l'étape précédente avec quatre vis.

Étape 20: Tête 4

Fixez un autre servo standard à la plate-forme de base avec 4 vis et 4 rondelles. Fixez les tringleries d'inclinaison de la tête au klaxon du servo. Assurez-vous que les tringleries d'inclinaison de la tête peuvent tourner librement.

Étape 21: Tête 5

Fixez le support de la plaque frontale du téléphone à l'avant de la plate-forme de base. Connectez l'arrière du support de la plaque frontale du téléphone aux liaisons d'inclinaison du servo. Assurez-vous que la tête peut pivoter d'avant en arrière à 60 degrés.

Étape 22: Tête 6

Faites glisser le téléphone Android de 5,5 pouces dans le support de visage de téléphone. (Un iPhone mince avec les mêmes dimensions devrait également faire l'affaire. Les téléphones avec d'autres dimensions n'ont pas été testés.)

Étape 23: Tête 7

Fixez la position du téléphone en fixant le télémètre laser sur le côté gauche du visage du robot avec 2 vis.

Étape 24: Tête 8

Insérez une tige hexagonale en aluminium de 60 mm dans le bas du cou du robot. Ceci conclut l'assemblage de la tête du robot.

Étape 25: Jambes 1

Nous commençons maintenant l'assemblage des jambes d'ASPIR. Pour commencer, fixez les pièces des pieds avant et arrière du robot avec deux grandes vis. Assurez-vous que l'avant-pied peut tourner librement.

Étape 26: Jambes 2

Fixez 2 amortisseurs RC sur les pièces de pied avant et arrière comme indiqué. Le repose-pied devrait maintenant fléchir d'environ 30 degrés et rebondir.

Étape 27: Jambes 3

Commencez à assembler la cheville avec deux servos extra larges et fixez-les ensemble avec 4 vis et 4 rondelles.

Étape 28: Jambes 4

Complétez la connexion avec l'autre pièce de cheville et fixez la connexion avec 4 autres vis et rondelles.

Étape 29: Jambes 5

Fixez la pièce du connecteur de pied avec une grande vis à l'arrière et 4 petites vis sur le palonnier du servo.

Étape 30: Jambes 6

Fixez le connecteur de cheville supérieur au reste de l'assemblage de cheville sur l'autre grand servo avec 4 petites vis et une grande vis.

Étape 31: Jambes 7

Insérez deux tiges hexagonales de 210 mm dans l'assemblage de la cheville. À l'autre extrémité des tiges hexagonales, insérez la pièce inférieure du genou.

Étape 32: Jambes 8

Fixez un servo extra large sur la genouillère avec 4 vis et 4 rondelles.

Étape 33: Jambes 9

Connectez la partie supérieure du genou sur le grand klaxon du servomoteur du genou avec 4 petites vis et 1 grande vis.

Étape 34: Jambes 10

Insérez deux autres tiges hexagonales de 210 mm sur l'assemblage du genou.

Étape 35: Jambes 11

Commencez la construction de la cuisse en insérant un adaptateur secteur 5V10A dans les deux pièces du support de l'adaptateur secteur.

Étape 36: Jambes 12

Faites glisser l'assemblage de la cuisse dans les 2 tiges hexagonales sur la jambe supérieure du robot.

Étape 37: Jambes 13

Verrouillez la cuisse en place en insérant une pièce articulée sur les 2 tiges hexagonales sur le haut de la jambe.

Étape 38: Jambes 14

Commencez l'assemblage de l'articulation de la hanche en connectant la grande tête circulaire sur le klaxon d'un grand servomoteur.

Étape 39: Jambes 15

Faites glisser le support de servo de hanche sur le grand servomoteur et serrez 4 vis avec 4 rondelles.

Étape 40: Jambes 16

Faites glisser l'ensemble servo de hanche dans l'autre pièce de hanche afin que l'articulation pivotante puisse tourner. Fixez cette pièce en place avec 4 vis.

Étape 41: Jambes 17

Fixez un autre grand servo sur l'assemblage de la hanche avec 4 vis et 4 rondelles.

Étape 42: Jambes 18

Fixer une pièce de support de servo de jambe supérieure à l'aide de 4 vis, sur l'articulation à pivot circulaire.

Étape 43: Jambes 19

Fixez un servo extra large sur le support de servo de la jambe supérieure en grande partie de l'étape précédente avec 4 vis et 4 rondelles.

Étape 44: Jambes 20

Connectez l'assemblage de hanche terminé sur le reste de l'assemblage de jambe au niveau de la partie articulée de la charnière supérieure de la jambe. Fixez-le avec 4 petites vis et une grande vis.

Étape 45: Jambes 21

Connectez l'ensemble de pied sur l'extrémité inférieure du reste de l'ensemble de jambe et fixez-le avec 6 vis. Vous avez maintenant terminé avec l'assemblage des jambes pour l'instant. Répétez les étapes 25 à 45 pour créer l'autre jambe afin que vous ayez les jambes droite et gauche pour le robot ASPIR.

Étape 46: Coffre 1

Commencez l'assemblage de la poitrine en fixant de grandes cornes d'asservissement circulaires sur les côtés gauche et droit de la grande pièce du bassin.

Étape 47: Coffre 2

Insérez quatre tiges hexagonales de 120 mm sur la partie du bassin.

Étape 48: Coffre 3

Faites glisser une plaque de support Arduino sur les deux tiges hexagonales arrière. Insérez la pièce inférieure du torse sur les quatre tiges hexagonales.

Étape 49: Coffre 4

Fixez un servo extra large sur la pièce inférieure du torse et fixez-le en place avec 4 vis et 4 rondelles.

Étape 50: Coffre 5

Connectez un très grand palonnier circulaire sur la partie supérieure du torse avec 4 vis.

Étape 51: Coffre 6

À l'arrière de la pièce supérieure du torse, fixez la pièce de protection de l'interrupteur arrière avec 5 vis.

Étape 52: Coffre 7

Fixez le support de webcam à l'avant de l'ensemble haut du torse avec 3 vis.

Étape 53: Coffre 8

Insérez une webcam USB dans le support de webcam.

Étape 54: Coffre 9

Connectez l'assemblage du haut du torse avec l'assemblage du bas du torse au niveau du palonnier de servo extra-large.

Étape 55: Coffre 10

Fixez un Arduino Mega 2560 sur la plaque arrière Arduino avec 4 vis et 4 entretoises.

Étape 56: Coffre 11

Connectez l'Arduino Mega Servo Shield directement sur l'Arduino Mega 2560.

Étape 57: Fusionner 1

Connectez l'ensemble tête avec l'ensemble torse entre la tige hexagonale du cou et la partie supérieure du torse.

Étape 58: Fusionner 2

Fusionnez les ensembles bras gauche, droit et gauche avec le reste de l'ensemble torse au niveau des tiges hexagonales de l'épaule.

Étape 59: Fusion 3

Fixez les amortisseurs RC sous les connexions de la tige hexagonale des deux bras. Assurez-vous que l'ensemble de l'épaule peut fléchir d'environ 30 degrés vers l'extérieur.

Étape 60: Fusionner 4

Fusionnez les jambes gauche et droite avec le reste de l'assemblage du torse au niveau des grands servos de hanche. Utilisez de grosses vis pour fixer les articulations de pivot.

Étape 61: Câblage 1

À l'arrière du robot, fixez un concentrateur USB à 4 ports directement au-dessus de l'Arduino Mega Servo Shield.

Étape 62: Câblage 2

Commencez à câbler les 33 servos à l'Arduino Mega Servo Shield à l'aide des câbles d'extension de servo. Branchez également le télémètre laser de la tête du robot sur l'Arduino Mega Servo Shield. Nous vous recommandons d'utiliser des attaches de câble standard pour aider à organiser les fils.

Étape 63: Câblage 3

Enfin, complétez le câblage en connectant l'Arduino Mega, le téléphone Android et la webcam sur le hub USB à 4 ports à l'aide de câbles USB standard. Branchez un câble d'extension USB pour étendre la longueur de la source du concentrateur USB à 4 ports.

Étape 64: Coquilles 1

Commencez à obtenir les coques de la tête en fixant les plaques de connexion à l'intérieur de la pièce de la coque arrière du robot.

Étape 65: Coquilles 2

Fixez la partie de la coque de la face avant du robot sur le support de la plaque du téléphone. Fixez-le avec 4 vis.

Étape 66: Coquilles 3

Vissez le morceau de coque arrière du robot sur le morceau de coque de face avant du robot.

Étape 67: Coquilles 4

Connectez le morceau de coque arrière du cou sur l'assemblage du cou du robot. Assurez-vous que les fils du cou sont bien ajustés à l'intérieur.

Étape 68: Coquilles 5

Connectez le morceau de coque avant du cou sur l'assemblage du cou du robot. Assurez-vous que les fils du cou sont bien ajustés à l'intérieur.

Étape 69: Coquilles 6

Pour chacun des bras inférieurs gauche et droit, vissez une pièce de coque de bras inférieur arrière.

Étape 70: Coquilles 7

Pour chacun des bras inférieurs gauche et droit, vissez une pièce de coque de bras inférieur avant. Assurez-vous que les fils du bras sont bien ajustés.

Étape 71: Coquilles 8

Pour chacun des bras supérieurs gauche et droit, vissez une pièce de coque de bras supérieur arrière. Assurez-vous que les fils du bras sont bien ajustés.

Étape 72: Coquilles 9

Pour chacun des bras inférieurs gauche et droit, vissez une pièce de coque de bras supérieur avant. Assurez-vous que les fils du bras sont bien ajustés.

Étape 73: Coquilles 10

Pour chacun des bas de jambes gauche et droit, vissez une pièce de coque arrière bas de jambe. Assurez-vous que les fils des jambes sont bien ajustés.

Étape 74: Coquilles 11

Pour chacun des bas de jambes gauche et droit, vissez une pièce de coque avant bas de jambe. Assurez-vous que les fils des jambes sont bien ajustés.

Étape 75: Coquilles 12

Pour chacune des jambes supérieures gauche et droite, vissez une pièce de coque de jambe supérieure avant sur les cuisses du support de l'adaptateur secteur. Assurez-vous que les fils des jambes sont bien ajustés.

Étape 76: Coquilles 13

Pour chacune des pattes supérieures gauche et droite, vissez une pièce de coque arrière supérieure sur les cuisses du support de l'adaptateur secteur. Assurez-vous que les fils des jambes sont bien ajustés.

Étape 77: Coquilles 14

Pour l'avant et l'arrière du bas du torse du robot ASPIR, fixez une pièce de coque avant. Lorsque vous avez terminé, vissez également une pièce du bas du dos.

Étape 78: Coquilles 15

Fixez la partie supérieure de la coque du torse à l'avant de la poitrine du robot ASPIR de manière à ce que la webcam ressorte au centre du torse. Lorsque vous avez terminé, vissez la coque arrière supérieure du torse à l'arrière de la poitrine du robot ASPIR.

Étape 79: Touches finales

Assurez-vous que les vis sont bien serrées et que les fils sont bien ajustés à l'intérieur de toutes les pièces de la coque. Si tout semble être correctement connecté, testez chacun des servos à l'aide de l'exemple de balayage de servomoteur d'Arduino sur chacune des broches. (Remarque: portez une attention particulière à chacune des plages de servos, car tous les servos n'ont pas la capacité de tourner de 0 à 180 degrés en raison de leur disposition.)

Étape 80: Conclusion

Et voila! Votre propre robot humanoïde imprimé en 3D grandeur nature, construit avec plusieurs mois de votre bon et dur labeur. (Allez-y et tapotez-vous sur le sac quelques milliers de fois. Vous l'avez mérité.)

Vous êtes maintenant libre de faire tout ce que les ingénieurs, les inventeurs et les innovateurs avant-gardistes font comme vous le faites avec les robots humanoïdes. Peut-être voulez-vous qu'ASPIR soit un ami robotique pour vous tenir compagnie ? Peut-être que vous voulez un copain d'étude robotique? Ou peut-être voulez-vous essayer de construire une armée de ces machines pour conquérir le monde comme le savant fou maléfique dystopique que vous savez être ? (Il va avoir besoin de quelques améliorations avant d'être prêt pour les déploiements militaires sur le terrain…)

Mon logiciel actuel pour que le robot fasse ces choses est actuellement en cours de développement, et il faudra certainement un certain temps avant qu'il ne soit complètement prêt à fonctionner. En raison de sa nature prototypique, notez que la conception actuelle d'ASPIR est très limitée dans ses capacités; ce n'est certainement pas parfait comme il l'est maintenant et il ne le sera probablement jamais. Mais c'est finalement une bonne chose - cela laisse beaucoup de place pour s'améliorer, apporter des modifications et développer des avancées dans le domaine de la robotique avec des recherches que vous pouvez vraiment appeler les vôtres.

Si vous choisissez de développer davantage ce projet, faites-le moi savoir! J'aimerais vraiment voir ce que vous pouvez faire de ce projet. Si vous avez d'autres questions, préoccupations ou commentaires sur ce projet ou sur la façon dont je pourrais m'améliorer, j'aimerais entendre vos pensées. En tout cas, j'espère que vous avez aimé suivre cet Instructable autant que je l'ai écrit. Maintenant, allez de l'avant et faites de grandes choses !

Excelsior, -John Choi

Deuxième prix du concours Make It Move 2017