ASPIR: Robô humanóide impresso em 3D em tamanho real: 80 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

O Robô de Suporte Autônomo e Inspiração Positiva (ASPIR) é um robô humanóide impresso em 3D de código aberto e em tamanho real que qualquer um pode construir com direção e determinação suficientes.

ÍndiceDividimos este enorme Instructable de 80 etapas em 10 capítulos fáceis de ler com links abaixo para sua conveniência de leitura:

1. Introdução
2. Peças
3. Braços
4. Cabeça
5. Pernas
6. Peito
7. Mesclando
8. Fiação
9. Cartuchos
10. Conclusão

Notas: Este é um projeto Instructables muito avançado e grande! Recomendamos que você tenha experiência significativa em impressão 3D antes de tentar este projeto. O tempo de construção esperado será de vários meses, com um custo de construção estimado em cerca de $ 2500 (este custo pode ser menor ou maior dependendo de quais fornecedores você usa e quais peças você já possui). Observe que este Instructable cobre apenas a construção do hardware e não o software (atualmente em desenvolvimento). Com isso dito, velocidade total e boa sorte!

Etapa 1: Sobre ASPIR

ASPIR é o sucessor espiritual de Halley, o Ambassador Robot 001 (2015), um popular robô humanoide de baixo custo e código aberto de 2,6 pés. Durante a apresentação do Robô Halley, descobrimos que os robôs humanóides são impressionantes em parecer humanos e obter respostas socioemocionais de observadores humanos. Existem muitos robôs humanóides à venda, mas todos eles realmente se enquadram em apenas duas categorias: robôs amadores de brinquedos acessíveis que têm menos de 60 cm de altura e tamanho real e robôs humanóides de nível de pesquisa que custam mais do que novos carros esportivos. Queríamos reunir o melhor dos dois mundos com um robô humanóide de tamanho real e acessível. E assim nasceu o projeto ASPIR.

(P. S. Um grande obrigado ao Daily Planet do Discovery Channel Canada por produzir o vídeo!: D)

Etapa 2: Sobre nós

Choitek é uma empresa de tecnologia educacional avançada comprometida em preparar os alunos de hoje para se tornarem os artistas, engenheiros e empreendedores de amanhã, construindo os maiores, mais ousados e incrivelmente incríveis robôs para ensinar e inspirar. Somos membros apaixonados da comunidade de código aberto e acreditamos que o aprendizado é maximizado para o bem de todos quando não existem caixas pretas proprietárias para ocultar e ofuscar a tecnologia. Com isso dito, esperamos que você se junte a nós nesta emocionante aventura de construirmos o futuro da robótica juntos.

(Observação: nossa empresa está atualmente fazendo pesquisas para ver como robôs humanóides como ASPIR podem ser usados para inspirar mais garotas no STEM. Se você estiver interessado em colaborar conosco, sinta-se à vontade para nos informar!)

Etapa 3: agradecimentos especiais

O Projeto ASPIR é possível com o apoio generoso do Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry da Carnegie Mellon University:

"O Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry é um laboratório flexível para novos modos de pesquisa, produção e apresentação de artes. Fundado em 1989 na Faculdade de Belas Artes da Carnegie Mellon University (CMU), o STUDIO serve como um locus para empresas híbridas no campus da CMU, na região de Pittsburgh e internacionalmente. Nossa ênfase atual em artes da nova mídia se baseia em mais de duas décadas de experiência hospedando artistas interdisciplinares em um ambiente enriquecido por departamentos de ciência e engenharia de classe mundial. Por meio de nossas residências e programas de extensão, o STUDIO oferece oportunidades de aprendizado, diálogo e pesquisa que levam a descobertas inovadoras, novas políticas e à redefinição do papel dos artistas em um mundo em rápida mudança."

Etapa 4: Servos, Servos, Servos

Com 6 mega servos superdimensionados por cada perna, 4 servos padrão de alto torque para cada braço, 5 micro servos de engrenagem de metal para cada mão e 2 servos padrão adicionais para o mecanismo de pan / tilt da cabeça, os atuadores do robô ASPIR se movem com um total surpreendente de 33 graus de liberdade. Para sua referência, incluímos links de referência de amostra para vários servomotores de que você precisará para construir o robô ASPIR:

• 10x Metal Gear Micro Servos
• 10x Servos Padrão de Alto Torque
• 13x servos de torque superalto e superdimensionado

(Observação: o custo e a qualidade do servo são altamente variáveis, dependendo do fornecedor que você usa. Fornecemos alguns links de amostra para ajudá-lo ao longo do caminho.)

Etapa 5: Eletrônicos, Eletrônicos, Eletrônicos

Além dos 33 servomotores de alto torque, você também precisará de uma variedade de outros componentes eletrônicos para controlar e alimentar o robô ASPIR. Para sua referência, incluímos links de referência de amostra para outros componentes eletrônicos e mecânicos de que você precisará para construir o robô ASPIR:

• 1x webcam USB
• 1x hub USB de 4 portas
• 1x telêmetro a laser
• 8x amortecedores RC
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega Servo Shield
• Smart Phone 5.5 com Android
• Cabos de extensão de servo 50x
• 2 adaptadores de energia 5V 10A
• Hastes hexagonais de alumínio 8x 210 mm x 6 mm
• 4x 120mm x 6mm Hex Rods de alumínio
• 4x 100 mm x 6 mm Hex Rods de alumínio
• 2 barras hexagonais de alumínio de 75 mm x 6 mm
• 1x 60 mm x 6 mm Hex Hex Rods de alumínio

(Observação: embora essas peças fornecidas nos links acima sejam eletronicamente compatíveis, lembre-se de que as dimensões exatas do CAD necessárias para adaptar certas peças eletrônicas e mecânicas podem variar de acordo com o componente.)

Etapa 6: 300 horas de impressão 3D

Conforme mencionado na introdução anterior, a ASPIR é um empreendimento de impressão 3D supermassivo. Com mais de 90 peças para imprimir, o tempo total estimado de impressão usando extrusão de filamento 3D padrão, configurações de preenchimento e altura de camada deve ser algo em torno de 300 horas. Isso provavelmente consumirá 5 rolos de filamento de 1 kg (2,2 lb), sem incluir falhas de impressão e novas tentativas (usamos rolos Robo3D PLA para todas as nossas necessidades de impressão 3D). Observe também que você precisará de uma impressora 3D grande com um tamanho mínimo de placa de impressão de 10x10x10in (250x250x250mm), como a Lulzbot TAZ 6 para algumas das maiores peças impressas em 3D do robô ASPIR. Aqui estão todos os arquivos de que você precisará para imprimir em 3D:

• Braço Esquerdo
• Braço Direito
• Corpo
• Pé
• Mão
• Cabeça
• Perna esquerda
• Perna direita
• Pescoço
• Cartuchos

Assim que tiver todas as peças, vamos começar

Etapa 7: Braços 1

Para começar, vamos começar com nossas mãos impressas em 3D. Essas mãos são especialmente projetadas para serem flexíveis, mesmo ao imprimir com PLA. Anexe 5 micro servos, um para cada dedo na mão impressa em 3D.

Etapa 8: Braços 2

Agora, prenda a peça de pulso à mão com dois parafusos. Em seguida, encaixe a haste hexagonal de alumínio de 100 mm na peça de pulso.

Etapa 9: Braços 3

Se você ainda não fez isso, vá em frente e direcione a corda nas pontas do micro servo com as protuberâncias da borda dianteira em cada um dos dedos. Certifique-se de dar um nó firme em cada um dos dedos e minimizar o respingo da corda fazendo uma conexão firme entre o micro chifre do servo, a corda e a saliência do bordo de ataque em cada dedo.

Etapa 10: Braços 4

Continue a construção dos braços prendendo a peça do braço na extremidade da haste hexagonal. Anexe um servo padrão à peça do braço inferior e prenda-o com 4 parafusos e arruelas.

Etapa 11: Braços 5

Continue a montagem do braço fixando a dobradiça do chifre do servo no braço inferior e aperte-o com 4 parafusos.

Etapa 12: Braços 6

Agora, estenda o braço ao encaixar outra haste hexagonal de alumínio de 100 mm na junta da dobradiça e prenda outra junta hexagonal impressa em 3D na outra extremidade da haste hexagonal de alumínio de 100 mm.

Etapa 13: Braços 7

Agora estamos montando a articulação do ombro. Comece pegando outro servo padrão e prenda-o na primeira peça do ombro usando 4 parafusos e 4 arruelas.

Etapa 14: Braços 8

Encaixe e prenda o conjunto dos ombros no resto das peças dos ombros. A peça circular inferior deve ser capaz de girar no eixo da engrenagem do servo.

Etapa 15: Braços 9

Conecte o conjunto do ombro ao servo motor do braço com a última peça do ombro com 4 parafusos adicionais.

Etapa 16: Braços 10

Combine o conjunto de ombro com o conjunto de braço inferior / superior no ponto giratório na parte superior do conjunto de braço. As peças devem se juntar na junta da dobradiça do braço. Isso conclui a montagem do braço da ASPIR.

(Observação: você precisará repetir todas as dez etapas para a montagem do braço para o outro braço, pois ASPIR tem dois braços, esquerdo e direito.)

Etapa 17: Cabeça 1

Estamos agora montando a cabeça da ASPIR. Comece anexando um servo padrão à peça do pescoço do robô com 4 parafusos e 4 arruelas.

Etapa 18: Cabeça 2

Como o conjunto de ombro giratório anterior, conecte uma cabeça circular giratória ao chifre servo padrão e prenda-o com o suporte de cabeça circular.

Etapa 19: Cabeça 3

Agora prenda a plataforma de base da cabeça do robô no mecanismo de pivô do pescoço circular da etapa anterior com quatro parafusos.

Etapa 20: Cabeça 4

Anexe outro servo padrão à plataforma de base com 4 parafusos e 4 arruelas. Prenda as ligações de inclinação da cabeça ao chifre do servo. Certifique-se de que as articulações de inclinação da cabeça possam girar livremente.

Etapa 21: Cabeça 5

Prenda o suporte da placa frontal do telefone na frente da plataforma de base. Conecte a parte traseira do suporte da placa frontal do telefone nas ligações de inclinação do servo. Certifique-se de que a cabeça pode girar 60 graus para frente e para trás.

Etapa 22: Cabeça 6

Deslize o telefone Android de 5,5 polegadas no suporte frontal do telefone. (Um iPhone fino com as mesmas dimensões deve funcionar também. Telefones com outras dimensões não foram testados.)

Etapa 23: Cabeça 7

Proteja a posição do telefone fixando o telêmetro a laser no lado esquerdo do rosto do robô com 2 parafusos.

Etapa 24: Cabeça 8

Encaixe em uma haste hexagonal de alumínio de 60 mm na parte inferior do pescoço do robô. Isso conclui a montagem da cabeça do robô.

Etapa 25: pernas 1

Estamos agora iniciando a montagem das pernas da ASPIR. Para começar, prenda as peças da pata dianteira e traseira do robô com dois parafusos grandes. Certifique-se de que o antepé consegue girar livremente.

Etapa 26: Pernas 2

Prenda 2 amortecedores RC nas peças dianteiras e traseiras dos pés, conforme mostrado. A peça do pé deve agora flexionar cerca de 30 graus e saltar para trás.

Etapa 27: Pernas 3

Comece montando o tornozelo com dois servos extra grandes e prenda-os juntos com 4 parafusos e 4 arruelas.

Etapa 28: pernas 4

Complete a conexão com a outra peça do tornozelo e fixe a conexão com mais 4 parafusos e arruelas.

Etapa 29: Pernas 5

Prenda a peça do conector do pé com um parafuso grande na parte de trás e 4 parafusos pequenos no chifre do servo.

Etapa 30: Pernas 6

Prenda o conector de tornozelo superior ao resto do conjunto de tornozelo no outro servo grande com 4 parafusos pequenos e um parafuso grande.

Etapa 31: pernas 7

Encaixe duas hastes hexagonais de 210 mm no conjunto do tornozelo. Na outra extremidade das hastes hexagonais, encaixe a joelheira inferior.

Etapa 32: pernas 8

Prenda um servo extra grande na joelheira com 4 parafusos e 4 arruelas.

Etapa 33: Pernas 9

Conecte a joelheira superior na buzina do servo motor grande do joelho com 4 parafusos pequenos e 1 parafuso grande.

Etapa 34: pernas 10

Encaixe mais duas hastes hexagonais de 210 mm no conjunto de joelho.

Etapa 35: pernas 11

Comece a construção da coxa encaixando um adaptador de energia 5V10A nas duas peças do suporte do adaptador de energia.

Etapa 36: pernas 12

Deslize o conjunto da coxa nas 2 hastes hexagonais na parte superior da perna do robô.

Etapa 37: pernas 13

Trave a coxa no lugar encaixando uma parte da junta da dobradiça nas 2 hastes hexagonais na parte superior da perna.

Etapa 38: pernas 14

Comece a montagem da articulação do quadril conectando a grande cabeça circular em um grande chifre do servo motor.

Etapa 39: pernas 15

Deslize o suporte do servo de quadril para o servo motor grande e aperte 4 parafusos com 4 arruelas.

Etapa 40: Pernas 16

Deslize o conjunto do servo do quadril na outra peça do quadril para que a articulação do pivô possa girar. Prenda esta peça no lugar com 4 parafusos.

Etapa 41: pernas 17

Prenda outro servo grande no conjunto do quadril com 4 parafusos e 4 arruelas.

Etapa 42: Pernas 18

Fixe uma parte superior do suporte do servo da perna com 4 parafusos, na junta de pivô circular.

Etapa 43: Pernas 19

Prenda um servo extra grande no suporte do servo da perna grande da etapa anterior com 4 parafusos e 4 arruelas.

Etapa 44: pernas 20

Conecte o conjunto completo do quadril ao resto do conjunto da perna na parte superior da articulação da perna. Fixe-o com 4 parafusos pequenos e um parafuso grande.

Etapa 45: Pernas 21

Conecte o conjunto do pé na extremidade inferior do resto do conjunto da perna e prenda-o com 6 parafusos. Agora você concluiu a montagem da perna. Repita as etapas 25-45 para criar a outra perna de forma que você tenha as pernas direita e esquerda para o robô ASPIR.

Etapa 46: tórax 1

Comece a montagem do tórax fixando grandes chifres circulares de servo nos lados esquerdo e direito da peça grande da pélvis.

Etapa 47: tórax 2

Encaixe quatro hastes hexagonais de 120 mm na parte da pélvis.

Etapa 48: Peito 3

Deslize uma placa de suporte Arduino nas duas hastes hexagonais traseiras. Encaixe a peça inferior do torso nas quatro hastes hexagonais.

Etapa 49: tórax 4

Anexe um servo extra grande na peça inferior do torso e prenda-o no lugar com 4 parafusos e 4 arruelas.

Etapa 50: tórax 5

Conecte um chifre servo circular extra grande na peça superior do torso com 4 parafusos.

Etapa 51: Peito 6

Na parte de trás da peça superior do tronco, prenda a peça de proteção do interruptor traseiro com 5 parafusos.

Etapa 52: tórax 7

Fixe o suporte da webcam na frente do conjunto do tronco superior com 3 parafusos.

Etapa 53: Peito 8

Encaixe uma webcam USB no suporte da webcam.

Etapa 54: Peito 9

Conecte o conjunto superior do torso com o conjunto inferior do torso na buzina servo extra grande.

Etapa 55: Peito 10

Anexe um Arduino Mega 2560 na placa Arduino posterior com 4 parafusos e 4 espaçadores.

Etapa 56: tórax 11

Conecte o Arduino Mega Servo Shield diretamente na parte superior do Arduino Mega 2560.

Etapa 57: Mesclando 1

Conecte o conjunto da cabeça com o conjunto do torso entre a haste hexagonal do pescoço e a peça superior do tronco.

Etapa 58: Mesclando 2

Una os conjuntos de braço esquerdo e direito e esquerdo com o resto do conjunto de torso nas hastes hexagonais do ombro.

Etapa 59: Mesclando 3

Prenda os amortecedores RC sob as conexões hexagonais do braço. Certifique-se de que o conjunto do ombro pode flexionar cerca de 30 graus para fora.

Etapa 60: Mesclando 4

Junte as pernas esquerda e direita ao resto da montagem do torso nos grandes servos do quadril. Use parafusos grandes para prender as juntas de articulação.

Etapa 61: Fiação 1

Na parte de trás do robô, conecte um hub USB de 4 portas diretamente acima do Arduino Mega Servo Shield.

Etapa 62: Fiação 2

Comece conectando todos os 33 servos ao Arduino Mega Servo Shield usando os cabos de extensão do servo. Também conecte o telêmetro de distância a laser da cabeça do robô no Arduino Mega Servo Shield. Recomendamos o uso de abraçadeiras padrão para ajudar a organizar os fios.

Etapa 63: Fiação 3

Por fim, conclua a fiação conectando o Arduino Mega, o telefone Android e a webcam ao hub USB de 4 portas usando cabos USB padrão. Conecte um cabo de extensão USB para aumentar o comprimento da fonte de hub USB de 4 portas.

Etapa 64: Cascas 1

Comece pegando as conchas da cabeça fixando as placas de conexão no interior da peça da concha da cabeça traseira do robô.

Etapa 65: Cascas 2

Prenda a peça da concha frontal do robô no suporte da placa do telefone. Fixe-o com 4 parafusos.

Etapa 66: Cascas 3

Aparafuse a peça de concha da cabeça traseira do robô na peça de concha da face frontal do robô.

Etapa 67: Cascas 4

Conecte a parte posterior da concha do pescoço ao conjunto do pescoço do robô. Certifique-se de que os fios do pescoço estão bem ajustados dentro.

Etapa 68: Cascas 5

Conecte a parte frontal da concha do pescoço ao conjunto do pescoço do robô. Certifique-se de que os fios do pescoço estão bem ajustados dentro.

Etapa 69: Cascas 6

Para cada um dos antebraços direito e esquerdo, aparafuse uma peça de concha do antebraço posterior.

Etapa 70: Cascas 7

Para cada um dos antebraços direito e esquerdo, aparafuse uma peça frontal da concha do antebraço. Certifique-se de que os fios do braço estão bem ajustados.

Etapa 71: Cascas 8

Para cada um dos braços esquerdo e direito, aparafuse uma peça de concha do braço traseiro. Certifique-se de que os fios do braço estão bem ajustados.

Etapa 72: Cascas 9

Para cada um dos antebraços direito e esquerdo, aparafuse uma peça de concha do antebraço frontal. Certifique-se de que os fios do braço estejam bem ajustados.

Etapa 73: Cascas 10

Para cada uma das pernas esquerda e direita, aparafuse uma peça de concha da perna traseira. Certifique-se de que os fios da perna estão bem ajustados.

Etapa 74: Cascas 11

Para cada uma das pernas esquerda e direita, aparafuse uma peça de concha da perna da frente. Certifique-se de que os fios da perna estão bem ajustados.

Etapa 75: Cascas 12

Para cada uma das coxas esquerda e direita, aparafuse uma peça de concha da coxa dianteira nas coxas do suporte do adaptador de energia. Certifique-se de que os fios da perna estão bem ajustados.

Etapa 76: Cascas 13

Para cada uma das coxas esquerda e direita, aparafuse uma peça de concha da coxa traseira nas coxas do suporte do adaptador de energia. Certifique-se de que os fios da perna estão bem ajustados.

Etapa 77: Cascas 14

Para a frente e as costas da parte inferior do tronco do robô ASPIR, fixe uma peça de concha frontal. Quando terminar, aparafuse também uma peça da parte inferior do tronco das costas.

Etapa 78: Cascas 15

Prenda a peça frontal superior do tronco na frente do tórax do robô ASPIR de forma que a webcam apareça no centro do torso. Quando terminar, aparafuse a parte superior da parte de trás do tronco na parte de trás do peito do robô ASPIR.

Etapa 79: Toques finais

Certifique-se de que os parafusos estão bons e apertados e os fios estão bem ajustados dentro de todas as peças da carcaça. Se tudo parecer estar conectado corretamente, teste cada um dos servos usando o exemplo de Varredura de Servo do Arduino em cada um dos pinos. (Nota: preste muita atenção a cada uma das faixas de servo, pois nem todos os servos têm a capacidade de girar totalmente 0-180 graus devido ao seu arranjo.)

Etapa 80: Conclusão

E aí está! Seu próprio robô humanóide impresso em 3D em tamanho real, construído com vários meses de seu bom e árduo trabalho. (Vá em frente e dê tapinhas no pacote algumas milhares de vezes. Você merece.)

Você agora está livre para fazer tudo o que engenheiros, inventores e inovadores com visão de futuro, como você faz com robôs humanóides. Talvez você queira que a ASPIR seja uma amiga robótica para lhe fazer companhia? Talvez você queira um colega de estudo robótico? Ou talvez você queira tentar construir um exército dessas máquinas para conquistar o mundo como o cientista maluco distópico que você sabe que é? (Vai precisar de algumas melhorias antes de estar pronto para implantações de campo militar …)

Meu software atual para fazer o robô fazer essas coisas está em andamento e certamente levará um tempo antes de estar totalmente pronto para funcionar. Devido à sua natureza prototípica, observe que o design atual do ASPIR é altamente limitado em suas capacidades; certamente não é perfeito como agora e provavelmente nunca será. Mas, em última análise, isso é uma coisa boa - deixa muito espaço para melhorar, fazer modificações e desenvolver avanços no campo da robótica com pesquisas que você pode realmente chamar de sua.

Se você optar por desenvolver ainda mais este projeto, por favor me avise! Eu adoraria ver o que você pode fazer com este projeto. Se você tiver qualquer outra pergunta, preocupação ou comentário sobre este projeto ou como eu poderia melhorar, adoraria ouvir sua opinião. Em qualquer caso, espero que você tenha gostado de seguir este Instructable tanto quanto eu fiz para escrevê-lo. Agora vá em frente e faça grandes coisas!

Excelsior, -John Choi

Segundo prêmio no concurso Make It Move 2017