Construindo um Robô Humanóide Compatível: 11 Passos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Atualização e página: 2021-01-17 Cabeça, rosto, etc. - webcam adicionadaTendões e músculos - acréscimos de PTFENervos e pele - resultados de borracha condutiva "O que é aquela coisa na imagem?"

Isso faz parte de um corpo robótico - especificamente um protótipo de coluna, ombros, braço e mão. Minha criação precisará de um corpo e é disso que trata este projeto.

Estou trabalhando em inteligência geral - minha equipe usa o termo tecnologia de 'neurociência de máquina', MiNT, para abreviar. Espero que construir um ou mais corpos me ajude a me inspirar a progredir na programação. O que está no nome

"Crafted" - sim, este corpo robótico é feito à mão impressão 3D se você preferir. Tenho impressoras FDM e de resina, mas prefiro artesanato para fazer protótipos como este. "Compatível" - significa apenas flexível. A ideia é que o corpo é flexível o suficiente para ser seguro para humanos, ou seja, é mais provável que se curve em torno de um humano ou salte, em vez de beliscar ou esmagar ou causar danos graves. A robótica compatível é um importante campo de desenvolvimento para tornar seguros os nossos futuros amigos e colegas de trabalho (ou servos). Robô - autoexplicativo. Este caderno não vai mergulhar em MiNT, mas se você estiver interessado em aprender mais ou participar do trabalho sem fins lucrativos, entre em contato comigo. Humanóide - não há razão para que você não possa adaptar muitas dessas notas de design para robôs não-humanóides. É exatamente o que estou procurando. Mesmo depois que a mente estiver completa, ainda estou planejando um design quadrúpede, simplesmente para estabilidade.

Etapa 1: ossos

PVC

É ótimo para robótica até cerca do tamanho e peso humanos. É leve, durável, forte e fácil de fabricar. É barato.

Além disso, meio que parece osso, se é isso que você está procurando.

A ampla variedade de acessórios facilita a criação de protótipos de projetos modestamente complexos com rapidez e facilidade. O interior oco do tubo e dos acessórios facilita a ocultação dos fios.

Com um pouco de aquecimento (pistola de ar quente ou tocha [rápido, mas complicado]), o PVC amolecerá o suficiente para deformar, remodelar e manterá sua nova forma se for mantido nessa forma até que esfrie.

Apenas certifique-se de usar uma boa ventilação. Não respire a fumaça! A queima de PVC libera gases perigosos!

PEX - 1/4 pol

Para ossos menores, como os antebraços, usei este cachimbo mais macio.

Meu primeiro desenho de mão usou PEX para os ossos dos dedos, mas para esta máquina menor, eu precisava dos ossos dos dedos menores.

Agitadores de café

Eu gostaria de um material mais forte, mas por enquanto está funcionando bem.

Quando um não é forte o suficiente, acho que colar 3 em uma pilha parece funcionar.

Metais

Ainda não comecei a procurar soluções de metal, mas agora descobri a simplicidade da 'soldagem' do alumínio com uma simples tocha, sinto que o alumínio pode ser uma opção que vale a pena olhar no futuro. disponibilidade de acessórios e materiais convenientes que requerem um mínimo de trabalho artesanal para serem funcionais. Tenho certeza que está lá fora, mas quanto vai custar e vale a pena? Devemos ao menos olhar para um esqueleto todo em metal? Outros metais e ligas valem a pena considerar e para quais aplicações?

Etapa 2: músculos e tendões

2021-01-17: Foi necessário adicionar tubos de PTFE / Teflon para ajudar a guiar alguns dos tendões em torno do hardware que eles ficaram presos durante a atuação. Neste momento, os dedos trabalham cerca de 75%, mas eles precisam de um tipo de mola de retorno de adição. Estou planejando borracha de silicone, além do revestimento de pele.

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No momento, os únicos "músculos" fixados atualmente são alguns servos SG90, que são mantidos no lugar por meio de zíperes. Fixei o MG996R para os braços e ombros por enquanto, mas não sei se isso será suficiente ou não. Os zíperes parecem manter o antebraço SG90s no lugar e permitem quase 180 graus de rotação com base na configuração atual da articulação do punho. O pulso certamente terá que mudar eventualmente, mas por agora ele pelo menos mantém a mão no lugar. Atualmente, estou usando filamento flexível para tendões em vez de linha de pesca porque a área de superfície maior não desgasta as bainhas dos tendões como o arame de pesca.. Eu vou adicionar mais servos para as outras juntas em breve. O braço é simples, mas os ombros são desafiadores. Os servos da coluna quase certamente estarão agrupados na área do quadril. Observações: Use aqueles servos grandes e banais para os quadris. MG996r para os ombros ou antebraços? - pronto, vamos ver no que dá… Opções de músculos: atuador linear EM Atuador PEANO HASSEL

Os atuadores PEANO HASSEL não são tão difíceis de fazer, mas não tenho uma boa solução para a alta tensão de que precisam e não tenho certeza de como evitar que vazem. Caso contrário, prefiro usar essa tecnologia para controle muscular. Talvez em uma itteração posterior.

Pode precisar de uma mola de retorno nos dedos, mas os tendões podem puxar e empurrar - um pouco de qualquer maneira.

Etapa 3: The Spine

Adaptadores de tubo de PVC, empilhados, servem como vértebras. Mantê-los juntos até que eu tenha atuadores e tendões no lugar foi um problema, mas algum arranjo criativo de um comprimento de filamento flexível enfiado no interior dos discos resolveu, mantendo os discos empilhados. Use o que quiser como base. Eu já tinha as partes da imagem grudadas de um bot anterior e apenas as reutilizei, pois já estavam disponíveis … Os discos podem ser desnecessariamente grandes, mas por enquanto está tudo bem. O excesso de espaço deixa bastante espaço para passar os fios por eles. Problemas: a coluna atual faz algum ruído quando se move e não é tão suave quanto eu gostaria. Isso pode valer a pena imprimir em 3D, mas eu prefiro não fazer isso. esta compilação.

Etapa 4: tronco / caixa torácica / ombros

Eu originalmente construí uma engenhoca de caixa torácica com peças menores de PVC, mas não era flexível, o que é uma coisa ruim. Como não preciso dela agora, estou pulando essa parte. O encaixe cruzado que está em uso agora era originalmente apenas um topper para a coluna vertebral para anexar o fio de filamento flexível que mantém os discos juntos, mas funcionou bem para a solução de ombro, então está ficando como está por agora. Os ombros eram um problema real. Eu continuei imaginando uma junta universal e tentei usar um dispositivo de dobradiça compatível com tubo de PVC disponível, mas não tinha a amplitude de movimento necessária para um ombro. Então me deparei com um projeto de boneco de esqueleto de PVC articulável em algum lugar online que usava uma bola de golfe para a parte da bola de juntas esféricas - problema (quase) resolvido! Em vez de prender as bolas de golfe como aquele outro projeto fez, eu simplesmente as segurei com faixas elásticas - faixas de cabelo, especificamente, que eu tinha sobras de um projeto diferente. deixou um problema. Desde o golfe bolas não estão presas em uma configuração ideal (irei sugerir uma melhor mais tarde), elas podem ficar presas giradas muito para frente ou para trás. Colocando uma 'vértebra' sobressalente (adaptador de tubo) sobre o encaixe do ombro da cruz o encaixe restringia a posição do osso do ombro de uma forma que evita que viagens excessivas sejam um problema sério. Problema (s): - onde colocar os servos do ombro? A mesma pergunta para o pescoço. Pode ser necessário uma montagem maior do torso apenas para hospedar os músculos.

Etapa 5: braços e cotovelos

Os braços são, eu acho, 1/2 pol. De PVC, com uma bola de golfe presa a um encaixe de tubo reto. Os antebraços são PEX, e por um motivo muito especial. Eu queria emular a configuração do antebraço humano com os dois ossos girando um sobre o outro. Tentei algumas soluções diferentes, mas acabei criando apenas um encaixe para a extremidade do braço no qual os ossos do antebraço poderiam ser aparafusados como uma junta de dobradiça no cotovelo. Felizmente, isso parece deixar o pulso com cerca de 90 graus de rotação porque os dois ossos são fixados apenas no cotovelo, deixando a conexão do pulso capaz de se flexionar. Com o desenho da mão um pouco flexível demais, parece compensar principalmente a perda de rotação no antebraço. Mais uma vez, não é perfeito, mas é funciona bem o suficiente.

Etapa 6: mãos

Juntas

Eu desenvolvi a solução de junta em minha primeira mão protótipo de tamanho grande: parafusos de olhal, unidos através do olho com uma porca e parafuso curto, e fixados de alguma forma ao 'osso'. Atualmente a solução de fixação é cola quente - eu gostaria algo melhor, mas ainda não resolvi nada. Na hora de construir essas mãos, descobri que é útil usar 2 parafusos de olho em cada extremidade de cada osso para evitar que o parafuso gire e tire o dedo para fora de alinhamento. Finger Joint Rev. A: Em vez de parafusos e porcas convencionais, descobri que poderia obter parafusos Chicago de 1/4 pol. de largura, que têm uma aparência muito melhor e proporcionam uma forma de junta mais uniforme. Gostaria de conseguir 1/8 pol, mas ainda não encontrei nenhum.

Problema: os parafusos Chicago precisam de olhais de 5 mm - esse é o tamanho do 'eixo' - e os parafusos de olhal comuns parecem ter 4mm. Estou tendo que abrir o olho manualmente. Usei um pequeno punção cônico que funcionou bem, mas prefiro encontrar parafusos de olho de 5 mm uniformes.

Ossos

Para fazer mãos muito pequenas, preciso de um material de ossos muito pequenos.

Os agitadores de café não são resistentes o suficiente, mas servem por enquanto.

Tendões

Cada dedo tem 1 e pode eventualmente ter 2 tendões. Os tendões dos dedos, especialmente, precisam de uma bainha de roteamento que os mantenha no lugar. Acabei de colar mais canudo do agitador de café - um pouco excessivo de cola para garantir que segure Para cima. Inicialmente, tentei arame de pesca, mas ele imediatamente cortou a bainha, então tentei um filamento flexível de 1,75 mm e parece funcionar bem. Nota: Eu preferiria usar segmentos de tubo de PTFE, que tenho, para direcionar os tendões. No entanto, o PTFE provavelmente não irá colar com cola quente. Vou ter que experimentar, eu acho. Pode ser capaz de usar um ziptie minúsculo para segurar o tubo PTFE no lugar.

Etapa 7: cabeça, rosto etc

1/17: No momento, uma webcam USB simples e mais antiga com microfone serve atualmente como um espaço reservado para a cabeça. Ainda não implementei qualquer tipo de visão, no entanto, acessar remotamente a câmera não é um desafio. Embora não seja um recurso desejado no projeto final, posso atualmente ver * através * da câmera - e também poderia receber áudio se estivesse usando um método de acesso que tornasse isso possível. O planejamento de um design monocular inicial - lidar com a visão binocular é um extra questão que posso resolver depois de fazer com que o córtex visual faça seu trabalho básico. A saída local, é claro, será um alto-falante padrão. Qualquer coisa mais avançada terá que esperar. O controle muscular de uma boca e algumas características faciais para expressão não seriam difíceis de implementar. O cérebro provavelmente não caberá na cabeça a menos que eu possa fazer tudo com algumas tortas de framboesa. o cérebro se encaixa, ele precisa de proteção, principalmente a memória. Algo como um sistema de caixa preta.

Etapa 8: nervos e pele

2021-01-17 - Tentei criar borracha de silicone condutora incorporando pó de carbono. Eu deveria ter seguido o conselho de James Hobson (leia o artigo Hackaday abaixo); ele estava quase certo. Nota, eu * consegui * que a borracha fosse condutora, mas tive que usar tanto pó de carbono que, quando a borracha secou, ficou quebradiça ao toque. Não é útil para esta aplicação, pelo que posso dizer. Vou ter que tentar filamento de carbono, como foi recomendado, ou talvez silicone com cura de platina.

-Não fiz nenhum trabalho nesta parte ainda, apenas pesquise. Eu quero uma camada de pele sensível à pressão, não apenas sensível ao toque. A tomografia de campo elétrico parecia uma solução promissora para o toque, mas não parece oferecer sensação de pressão. pensei, e se eu ler um sinal através de uma camada resistiva de borracha, combinada com os vários pontos do sensor? Posso obter uma aproximação decente do toque do nervo humano e da sensação de pressão? Outros usuários de silicone confirmam que ler a resistência através da borracha pode sentir a pressão, então espero que seja uma boa solução. Plano para tentar fazer isso por meio de um Arduino Nano ou Micro - provavelmente 1 por membro, em seguida, roteie um sinal de saída de lá para o cérebro. Para sentir calor e outras coisas, não tenho ideia, mas isso é menos preocupante do que as sensações de toque e pressão muito mais comuns que o corpo precisa fornecer a ele cérebro. No que diz respeito às camadas protetoras / macias da pele, eu considerei várias aplicações de plásticos / borracha, mas agora a melhor é se parecer com borracha de silicone com, talvez, uma superfície externa mais resistente.

Fita de silicone auto-fusível

Tentei usar isso no protótipo de mão. Não deu muito certo. O problema principal é que tive que aplicar muita pressão ativando a fita durante a aplicação e acabei torcendo um pouco os dedos. Além disso, era muito resistente para permitir que os dedos se dobrassem livremente. Talvez se eu simplesmente não embrulhar as juntas e esperar até encontrar um material ósseo forte para os dedos … Além desses fatores, eu GOSTARIA de ver uma camada semi-uniforme de 'pele' sobre a mão. realmente fácil de cortar. Experimente a fita de silicone para encanadores? Vamos ver o que essas coisas fazem.

Borracha de silicone

Sugru alternativo Oogoo ou similar parece promissor. Para uma borracha de imersão fina, experimente borracha de silicone líquida - o tipo de fabricação de moldes. Para detecção baseada em resistência, um aditivo (carbono) pode não ser necessário. o negro de fumo, especificamente) pode resolver o problema.

Os reflexos involuntários podem ser projetados programando-se uma resposta coordenada ao toque ou pressão associada aos músculos próximos. Isso pode ser útil para ajudar a máquina a aprender mais rápido sobre seu corpo. I. E, se os nervos correspondem aos músculos próximos e disparam automaticamente em resposta a um limiar, a máquina pode aprender a associá-los mais rápido.

Pesquise. Leia os comentários neste artigo. https://hackaday.com/2016/01/07/conductive-silico… - Armazenamento.. Consulte este site para obter informações sobre como armazenar borracha líquida não utilizada… https://www.mositesrubber.com/technical/shipping-u …. Versão curta - borracha não curada deve permanecer não curada e utilizável quando armazenada entre 0 e 40 ° F, por até 6 meses.

Etapa 9: cérebro / mente

2021-01-17 - Tenho trabalhado com um RPi3B + em combinação com um Arduino Nano para controle de motor. A atuação do motor foi bem-sucedida. Também testei e confirmei a comunicação entre scripts Python no RPi e no Arduino, devolvendo uma mensagem simples para frente e para trás.

Tudo bem, essa é a grande parte importante. "Igor, traga-me o cérebro!" Minhas máquinas usarão uma tecnologia de inteligência geral em desenvolvimento. Não há como dizer quanto tempo levará para terminar isso, então, por enquanto, talvez vá com algo rodando em um ou mais computadores Raspberry Pi. Em geral, eu recomendo se familiarizar com e utilizando o Robot Operating System (ROS) - que será executado nos computadores Raspberry Pi. Ainda não implementei o ROS e estou debatendo seu valor para minhas máquinas.

Etapa 10: Base / Mobilidade

Em breve Plano atual: base entre eixos Rocker-Bogie padrão - a ser atualizado para um sistema de pernas quadrúpedes com configuração pseudo-bípede opcional, após a instalação da mente. Rodas - Roda plástica utilitária modificada. O único problema real é montá-lo em um eixo D menor. Experimente encher o cubo com resina (ou algo semelhante) e, em seguida, perfurar um novo cubo menor e um orifício para o parafuso de fixação?

Etapa 11: alimentação, carregamento +

A orientação Coming SoonOriginal eu tive sobre os requisitos de design que este projeto pretende satisfazer simplesmente disse 'use uma bateria do cortador de grama', mas essa orientação foi emitida antes de 2015, pelo menos. Pode ser igualmente econômico usar uma solução mais leve agora. A eficácia de custo é a prioridade mais alta depois de 'atender aos requisitos', então o custo provavelmente será uma das maiores considerações.