Elaboración de un robot humanoide compatible: 11 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Actualización y página: 17/1/2021 Cabeza, rostro, etc. - cámara web agregada Tendones y músculos - adiciones de PTFE Nervios y piel - resultados de goma conductora "¿Qué es esa cosa en la imagen?"

Eso es parte de un cuerpo robótico, específicamente un prototipo de columna, hombros, brazo y mano. Mi creación necesitará un cuerpo y de eso se trata este proyecto.

Estoy trabajando en inteligencia general: mi equipo usa el término tecnología de 'neurociencia de las máquinas', MiNT, para abreviar. Espero que la construcción de uno o más cuerpos me ayude a inspirarme a progresar en la programación.

"Hecho a mano": sí, este cuerpo robótico está hecho a mano con impresión 3D si lo prefiere. Tengo impresoras FDM y de resina, pero prefiero las manualidades para la creación de prototipos como esta. "Cumple", simplemente significa flexible. La idea es que el cuerpo sea lo suficientemente flexible como para ser seguro para los humanos, lo que significa que es más probable que se doble o rebote, en lugar de pellizcar o aplastar o causar un daño grave. La robótica compatible es un campo importante de desarrollo para que nuestros futuros amigos y compañeros de trabajo (o sirvientes) sean seguros. Robot: se explica por sí mismo. Este cuaderno no profundizará en MiNT, pero si está interesado en aprender más o participar en el trabajo sin fines de lucro, contácteme. Humanoide: no hay razón por la que no pueda adaptar muchas de estas notas de diseño a robots no humanoides. Es solo lo que estoy buscando. Incluso después de que la mente esté completa, todavía estoy planeando un diseño cuadrúpedo, simplemente por estabilidad.

Paso 1: huesos

CLORURO DE POLIVINILO

Es ideal para robótica de hasta aproximadamente el tamaño y el peso humanos. Es liviano, duradero, resistente y fácil de fabricar. Es barato.

Además, parece un poco hueso, si eso es lo que buscas.

La amplia variedad de conexiones facilita la creación de prototipos de diseños modestamente complejos de forma rápida y sencilla. El interior hueco de la tubería y las conexiones facilita la ocultación de los cables.

Con un poco de calentamiento (pistola de calor o soplete [rápido pero complicado]), el PVC se ablandará lo suficiente como para deformarse, remodelar y mantendrá su nueva forma si se mantiene en esa forma hasta que se enfríe.

Solo asegúrese de usar una buena ventilación ¡No respire los vapores! ¡La quema de PVC libera gases peligrosos!

PEX - 1/4 pulg

Para huesos más pequeños, como los antebrazos, he usado esta pipa más blanda.

El diseño de mi primera mano usó PEX para los huesos de los dedos, pero para esta máquina más pequeña, necesitaba huesos de los dedos más pequeños.

Agitadores de café

Me gustaría un material más fuerte, pero por ahora funciona bien.

Cuando uno no es lo suficientemente fuerte, encuentro que pegar en caliente 3 en una pila parece funcionar.

Rieles

Realmente no he comenzado a buscar soluciones metálicas, pero habiendo descubierto la simplicidad de la 'soldadura' de aluminio con una simple antorcha, creo que el aluminio puede ser una opción que valga la pena considerar en el futuro. disponibilidad de accesorios y materiales convenientes que requieren un mínimo de trabajo artesanal para hacerlos funcionales. Estoy seguro de que está ahí fuera, pero ¿cuánto va a costar y vale la pena? ¿Deberíamos siquiera mirar un esqueleto totalmente metálico? ¿Vale la pena considerar otros metales y aleaciones y para qué aplicaciones?

Paso 2: músculos y tendones

17/1/2021: Era necesario agregar tubos de PTFE / Teflón para ayudar a guiar algunos de los tendones alrededor de los accesorios en los que se atascaron durante el accionamiento. En este momento, los dedos funcionan aproximadamente en un 75%, pero necesitan un tipo de resorte de retorno. de adición. Estoy pensando en caucho de silicona, además del revestimiento de la piel.

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En este momento, los únicos 'músculos' conectados actualmente son algunos servos SG90, que se mantienen en su lugar mediante bridas. He conectado MG996R para la parte superior de los brazos y los hombros por el momento, pero no sé si eso será suficiente o Las cremalleras parecen mantener el antebrazo SG90 en su lugar y parecen permitir casi 180 grados de rotación según la configuración actual de la articulación de la muñeca. La muñeca ciertamente tendrá que cambiar eventualmente, pero por ahora al menos mantiene la mano en su lugar. Agregaré más servos para las otras articulaciones en poco tiempo. La parte superior del brazo es simple pero los hombros son un desafío. Los servos de la columna vertebral seguramente estarán agrupados en el área de la cadera. - listo, veremos cómo va … Opciones de músculos: actuador lineal EM actuador PEANO HASSEL

Los actuadores PEANO HASSEL no son tan difíciles de fabricar, pero no tengo una buena solución para el alto voltaje que necesitan y no estoy seguro de cómo evitar que tengan fugas. De lo contrario, preferiría usar esta tecnología para controlar los músculos. Quizás en una iteración posterior.

Es posible que necesite un resorte de retorno en los dedos, pero los tendones pueden tirar y empujar, un poco de todos modos.

Paso 3: la columna vertebral

Los adaptadores de tubería de PVC, apilados, sirven como vértebras. Mantenerlos juntos hasta que tenga los actuadores y los tendones en su lugar fue un problema, pero una disposición creativa de una longitud de filamento flexible roscado por el interior de los discos lo resolvió, manteniendo los discos apilados. Usa lo que quieras como base. Ya tenía las partes de la imagen pegadas de un 'bot anterior y simplemente las reutilicé porque ya estaban disponibles. Los discos pueden ser innecesariamente grandes, pero eso está bien por ahora. El exceso de espacio deja mucho espacio para pasar cables a través de ellos. Problemas: la columna actual hace algo de ruido cuando se mueve y no es tan suave como me gustaría. Puede que valgan la pena imprimirlos en 3D, pero prefiero no hacerlo. esta construcción.

Paso 4: Torso / Caja torácica / Hombros

Originalmente construí un artilugio de caja torácica con partes más pequeñas de pvc, pero no era flexible en absoluto, lo cual es algo malo, ya que no lo necesito particularmente en este momento, me estoy saltando esa parte. en este momento originalmente era solo un adorno para la columna vertebral para unir la hebra de filamento flexible que mantiene unidos los discos, pero funcionó bien para la solución del hombro, por lo que se mantiene como está por ahora. Los hombros eran un problema real. Traté de usar un dispositivo de bisagra compatible con tubería de PVC disponible, pero no tenía el rango de movimiento necesario para un hombro. Luego me topé con un proyecto de muñeco de esqueleto de PVC articulado en algún lugar en línea que usaba una pelota de golf para la parte de la pelota de articulaciones de rótula - ¡problema (casi) resuelto! En lugar de sujetar las pelotas de golf como lo hizo el otro proyecto, simplemente las sujeté con bandas elásticas, bandas para el cabello, específicamente, que me sobraron de un proyecto diferente. dejó un problema, ya que el golf las bolas no están unidas en una configuración ideal (encontraré una mejor más adelante) pueden atascarse giradas demasiado hacia adelante o hacia atrás. El ajuste restringió la posición del hueso del hombro de una manera que evita que el sobrecargado sea un problema grave. Problema (s): - ¿Dónde colocar los servos del hombro? Misma pregunta para el cuello. Es posible que necesite un conjunto de torso más grande solo para alojar los músculos.

Paso 5: brazos y codos

Los antebrazos son, creo, de 1/2 pulgada de PVC, con una pelota de golf unida a un tubo recto. Los antebrazos son PEX, y por una razón muy especial. Quería emular la configuración del antebrazo humano con los dos huesos girando uno sobre el otro. Probé algunas soluciones diferentes, pero terminé construyendo un accesorio para el extremo superior del brazo en el que los huesos del antebrazo podrían atornillarse como una articulación de bisagra en el codo. Afortunadamente, eso parece dejar la muñeca con aproximadamente 90 grados de rotación. Debido a que los dos huesos solo están asegurados en el codo, dejando la conexión de la muñeca capaz de flexionarse. Dado que el diseño de la mano es un poco demasiado flexible, parece compensar principalmente la pérdida de rotación en el antebrazo. funciona bastante bien.

Paso 6: Manos

Articulaciones

Ideé la solución para juntas en mi primera mano prototipo de gran tamaño: tornillos de ojo, unidos a través del ojo con una tuerca y un tornillo corto, y unidos de alguna manera al 'hueso'. Actualmente, la solución de fijación es pegamento caliente, me gustaría algo mejor, pero aún no me he decidido a nada. Al momento de construir estas manos, descubrí que es útil usar 2 tornillos de ojo en cada extremo de cada hueso para evitar que el tornillo gire y saque el dedo Junta de dedo Rev. A: En lugar de tornillos y tuercas convencionales, descubrí que podía obtener tornillos Chicago de 1/4 de pulgada de ancho que se ven mucho mejor y dan una forma de junta más uniforme. Ojalá pudiera obtener 1/8 de pulgada, pero aún no he encontrado ninguno.

Problema: los tornillos de Chicago necesitan ojos de 5 mm (ese es el tamaño del 'eje') y los tornillos de ojo comunes parecen ser de 4 mm. Tengo que abrir el ojo manualmente. Usé un punzón pequeño cónico que funcionó bien, pero prefiero encontrar tornillos de ojo uniformes de 5 mm.

Huesos

Para hacer manos muy pequeñas, necesito material de huesos muy pequeños.

Los agitadores de café no son lo suficientemente resistentes, pero servirán por ahora.

Tendones

Cada dedo tiene 1 y eventualmente puede tener 2 tendones. Los tendones de los dedos, especialmente, necesitan una vaina de enrutamiento que los mantenga en su lugar. Acabo de pegar en caliente más pajilla para agitar café, un poco excesivo en el pegamento para asegurar que se mantenga Inicialmente, intenté pescar alambre, pero inmediatamente cortó la funda, así que probé el filamento flexible de 1,75 mm y parece funcionar bien. Nota: Preferiría usar segmentos de tubo de PTFE, que tengo, para enrutar los tendones. Sin embargo, es probable que el PTFE no se adhiera con pegamento termofusible. Tendré que experimentar, supongo. Es posible que pueda usar una pequeña brida para sujetar el tubo de ptfe en su lugar.

Paso 7: cabeza, rostro, etc

1/17: En este momento, una cámara web USB simple y antigua con micrófono actualmente sirve como marcador de posición para la cabeza. Aún no he implementado la visión de ningún tipo, sin embargo, acceder de forma remota a la cámara no es un desafío. una característica deseada en el proyecto final, actualmente puedo ver * a través * de la cámara, y también podría recibir audio si estuviera usando un método de acceso que lo hiciera posible. problema que puedo abordar después de que la corteza visual haga su trabajo básico. La salida de voz, por supuesto, será un altavoz estándar. Cualquier cosa más avanzada tendrá que esperar. El control muscular de la boca y algunos rasgos faciales para la expresión no sería difícil de implementar. El cerebro probablemente no encajará en la cabeza a menos que pueda hacerlo todo con unos pocos Raspberry Pies. el cerebro se adapta, necesita protección, especialmente la memoria. Algo así como un sistema de caja negra.

Paso 8: nervios y piel

2021-01-17 - Intenté fabricar caucho de silicona conductora incorporando polvo de carbón. Debería haber seguido el consejo de James Hobson (lea el artículo de Hackaday a continuación); él tenía casi toda la razón. Nota, yo * conseguí * que la goma fuera conductora, pero tuve que usar tanto polvo de carbón que cuando la goma se secó se desmoronó al tacto. No es útil para esta aplicación, por lo que yo sé. Tendré que conseguir filamento de carbono para probar, como se recomendó, o tal vez silicona curada con platino.

-En realidad no he hecho ningún trabajo en esta parte todavía, solo investigación. Quiero una capa de piel sensible a la presión, no solo sensible al tacto. La tomografía de campo eléctrico parecía una solución prometedora para el tacto, pero no parece ofrecer sensación de presión. Pensé, ¿qué pasa si leo una señal a través de una capa resistiva de goma, combinada con los múltiples puntos del sensor? ¿Podría obtener una aproximación decente del tacto del nervio humano y la sensación de presión? Otros usuarios de silicona confirman que leer la resistencia a través de la goma puede detectar la presión, así que espero que sea una buena solución. Planee intentar hacer esto a través de un Arduino Nano o Micro, probablemente 1 por extremidad, luego enruta una señal de salida desde allí al cerebro. Para sentir el calor y otras cosas, no tengo ni idea, pero eso es menos preocupante que las sensaciones de tacto y presión mucho más comunes que el cuerpo necesita para proporcionarle En lo que respecta a las capas protectoras / de piel suave, consideré varias aplicaciones de plásticos / caucho, pero en este momento la mejor se ve como caucho de silicona con, tal vez, una superficie exterior más resistente.

Cinta autoadhesiva de silicona

Intenté usar esto en el prototipo de mano. No salió tan bien El problema principal es que tuve que aplicar demasiada presión activando la cinta durante la aplicación y terminé torciendo un poco los dedos. Además, era demasiado resistente para permitir que los dedos se doblaran libremente. Tal vez si simplemente no envuelvo las articulaciones y espero hasta encontrar un material óseo fuerte en los dedos … Aparte de esos factores, ME GUSTAba ver una capa semi-uniforme de 'piel' sobre la mano. realmente fácil de cortar gratis. Pruebe la cinta de silicona para fontaneros? Veamos qué hacen esas cosas.

Caucho de silicona

La alternativa Sugru Oogoo o similar parece prometedora. Para una goma de inmersión delgada, pruebe la goma de silicona líquida, del tipo que hace moldes. Para la detección basada en resistencia, es posible que no se necesite un aditivo (carbono). Para la detección de voltaje / detección basada en conductividad, agregue carbono (negro de carbón específicamente) puede hacer el truco.

Los reflejos involuntarios podrían diseñarse programando una respuesta coordinada con el tacto o la presión asociada con los músculos cercanos. Esto podría ser útil para ayudar a la máquina a aprender más rápido sobre su cuerpo. Es decir, si los nervios corresponden a los músculos cercanos y se activan automáticamente en respuesta a un umbral, la máquina puede aprender a asociarlos más rápido.

Investiga un poco. Lea los comentarios sobre este artículo. https://hackaday.com/2016/01/07/conductive-silico… - Almacenamiento.. Consulte este sitio web para obtener información sobre el almacenamiento de caucho líquido no utilizado… https://www.mositesrubber.com/technical/shipping-u …. Versión corta: el caucho sin curar debe permanecer sin curar y ser utilizable cuando se almacena entre 0 y 40 ° F, hasta por 6 meses.

Paso 9: Cerebro / Mente

2021-01-17 - He estado trabajando con un RPi3B + en combinación con un Arduino Nano para el control de motores. La actuación del motor se ha realizado correctamente. También he probado y confirmado la comunicación entre los scripts de Python en el RPi y el Arduino, enviando un mensaje simple de un lado a otro.

Muy bien, esta es la gran parte importante. "¡Igor, tráeme el cerebro!" Mis máquinas usarán una tecnología de inteligencia general en desarrollo. No se sabe cuánto tiempo llevará terminar eso, así que por ahora, tal vez elija algo que se ejecute en una o más computadoras Raspberry Pi. con y utilizando el Sistema Operativo Robot (ROS), que se ejecutará en las computadoras Raspberry Pi. Todavía no he implementado ROS y estoy debatiendo su valor para mis máquinas.

Paso 10: Base / Movilidad

Próximamente Plan actual: base de rueda Rocker-Bogie estándar: se actualizará a un sistema de patas cuadrúpedo con configuración pseudobípeda opcional, después de que se instale la mente. Ruedas: Rueda de plástico utilitaria modificada. El único problema real es montarlo en un eje D más pequeño. ¿Intente llenar el buje con resina (o algo similar) y luego taladre un nuevo buje más pequeño y un orificio para el tornillo de fijación?

Paso 11: Energía, cargando +

Próximamente La guía original que tenía sobre los requisitos de diseño que este proyecto pretende satisfacer simplemente dijo 'use una batería de cortadora de césped', pero esa guía se emitió antes de 2015, al menos. Puede ser igualmente rentable utilizar una solución más ligera ahora. La rentabilidad es la máxima prioridad después de 'cumplir con los requisitos', por lo que el costo probablemente será una de las consideraciones más importantes.