ASPIR: Robot humanoide impreso en 3D de tamaño completo: 80 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

El Robot de Apoyo Autónomo e Inspiración Positiva (ASPIR) es un robot humanoide impreso en 3D de código abierto de tamaño completo y 4,3 pies que cualquiera puede construir con suficiente impulso y determinación.

Hemos dividido este Instructable masivo de 80 pasos en 10 capítulos fáciles de leer vinculados a continuación para su conveniencia de lectura:

1. Intro
2. Partes
3. Brazos
4. Cabeza
5. Piernas
6. Pecho
7. Fusión
8. Alambrado
9. Conchas
10. Conclusión

Notas: ¡Este es un proyecto de Instructables muy avanzado y grande! Le recomendamos que tenga una experiencia significativa en impresión 3D antes de intentar este proyecto. El tiempo de construcción esperado será de varios meses con un costo de construcción estimado de aproximadamente $ 2500 (este costo puede ser menor o mayor según los proveedores que utilice y las piezas que ya tenga). Tenga en cuenta que este Instructable solo cubre la construcción del hardware, y no el software (esto está actualmente en desarrollo). Dicho esto, ¡a toda velocidad y buena suerte!

Paso 1: Acerca de ASPIR

ASPIR es el sucesor espiritual de Halley, el Ambassador Robot 001 (2015), un popular robot humanoide de bajo costo, código abierto y 2.6 pies cortado con láser. En el transcurso de la exhibición del Halley Robot, descubrimos que los robots humanoides son increíbles para verse humanos y provocar respuestas socioemocionales de los espectadores humanos. Hay muchos robots humanoides a la venta, pero todos realmente se dividen en dos categorías: robots aficionados a los juguetes asequibles que miden menos de 2 pies de altura y robots humanoides de tamaño completo y de grado de investigación que cuestan más que los nuevos. carros deportivos. Queríamos reunir lo mejor de ambos mundos con un robot humanoide de tamaño completo, de código abierto y asequible. Y así nació el proyecto ASPIR.

(P. D.: ¡Muchas gracias al Daily Planet de Discovery Channel Canadá por producir el video!: D)

Paso 2: Acerca de nosotros

Choitek es una empresa de tecnología educativa avanzada comprometida a preparar a los estudiantes de hoy para que se conviertan en los artistas, ingenieros y emprendedores del mañana mediante la construcción de los robots más grandes, audaces e increíblemente asombrosos para enseñar e inspirar. Somos miembros apasionados de la comunidad de código abierto y creemos que el aprendizaje se maximiza por el bien de todos cuando no existen cajas negras patentadas que oculten y ofusquen la tecnología. Dicho esto, esperamos que se una a nosotros en esta emocionante aventura de construir juntos el futuro de la robótica.

(Nota: nuestra empresa está investigando actualmente cómo se pueden utilizar robots humanoides como ASPIR para inspirar a más chicas a STEM. Si está interesado en colaborar con nosotros, no dude en hacérnoslo saber).

Paso 3: agradecimiento especial

El Proyecto ASPIR es posible gracias al generoso apoyo de Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry de Carnegie Mellon University:

"Frank-Ratchye STUDIO for Creative Inquiry es un laboratorio flexible para nuevos modos de investigación, producción y presentación de las artes. Fundado en 1989 dentro de la Facultad de Bellas Artes de la Carnegie Mellon University (CMU), el STUDIO sirve como un lugar para empresas híbridas en el campus de CMU, en la región de Pittsburgh e internacionalmente. Nuestro énfasis actual en las artes de los nuevos medios se basa en más de dos décadas de experiencia en el hospedaje de artistas interdisciplinarios en un entorno enriquecido por departamentos de ciencia e ingeniería de clase mundial. A través de nuestras residencias y programas de extensión, el STUDIO brinda oportunidades para el aprendizaje, el diálogo y la investigación que conducen a avances innovadores, nuevas políticas y la redefinición del papel de los artistas en un mundo que cambia rápidamente ".

Paso 4: Servos, Servos, Servos

Con 6 mega servos de gran tamaño por cada pata, 4 servos estándar de alto par para cada brazo, 5 micro servos de engranajes metálicos para cada mano y 2 servos estándar adicionales para el mecanismo de giro / inclinación de la cabeza, los actuadores del robot ASPIR se mueven con un asombroso total de 33 grados de libertad. Para su referencia, hemos incluido enlaces de referencia de muestra a varios servomotores que necesitará para construir el robot ASPIR:

• 10x Micro Servos Metal Gear
• Servos estándar de alto par 10x
• 13x Servos de gran tamaño de par súper alto

(Nota: el costo y la calidad de los servos varían mucho según el proveedor que utilice. Le proporcionamos algunos enlaces de muestra para ayudarlo en su camino).

Paso 5: Electrónica, Electrónica, Electrónica

Además de los 33 servomotores de alto par, también necesitará una variedad de otros componentes electrónicos para controlar y alimentar el robot ASPIR. Para su referencia, hemos incluido enlaces de referencia de muestra a otros componentes electrónicos y mecánicos que necesitará para construir el robot ASPIR:

• 1x cámara web USB
• 1 concentrador USB de 4 puertos
• 1x telémetro láser
• 8x Amortiguadores RC
• 1x Arduino Mega 2560 R3
• 1x Arduino Mega Servo Shield
• Teléfono inteligente Android de 5.5 pulgadas
• Cables de extensión servo 50x
• Adaptadores de corriente 2x 5V 10A
• Varillas hexagonales de aluminio de 8 x 210 mm x 6 mm
• Varillas hexagonales de aluminio de 4x 120 mm x 6 mm
• 4 varillas hexagonales de aluminio de 100 mm x 6 mm
• 2x varillas hexagonales de aluminio de 75 mm x 6 mm
• 1x varillas hexagonales de aluminio de 60 mm x 6 mm

(Nota: si bien estas piezas proporcionadas en los enlaces anteriores serán compatibles electrónicamente, tenga en cuenta que las dimensiones CAD exactas necesarias para adaptar determinadas piezas electrónicas y mecánicas pueden variar según el componente).

Paso 6: ¡300 horas de impresión 3D

Como se mencionó anteriormente en la introducción, ASPIR es un esfuerzo de impresión 3D súper masivo. Con más de 90 piezas para imprimir, se espera que el tiempo total de impresión estimado utilizando la extrusión de filamento 3D estándar, el relleno y la configuración de altura de capa esté en algún lugar en el estadio de béisbol de 300 horas. Esto probablemente consumirá 5 rollos de filamento de 1 kg (2,2 lb), sin incluir fallas de impresión y reintentos (utilizamos rollos Robo3D PLA para todas nuestras necesidades de impresión 3D). También tenga en cuenta que necesitará una impresora 3D grande con un tamaño mínimo de placa de construcción de 10x10x10in (250x250x250 mm), como la Lulzbot TAZ 6 para algunas de las piezas impresas en 3D más grandes del robot ASPIR. Aquí están todos los archivos que necesitará para imprimir en 3D:

• Brazo Izquierdo
• Brazo derecho
• Cuerpo
• Pie
• Mano
• Cabeza
• Pierna izquierda
• Pierna derecha
• Cuello
• Conchas

Una vez que tenga todas las partes, ¡comencemos

Paso 7: Brazos 1

Para empezar, comenzaremos con nuestras manos impresas en 3D. Estas manos están especialmente diseñadas para ser flexibles incluso al imprimir con PLA. Conecte 5 micro servos, uno para cada dedo en la mano impresa en 3D.

Paso 8: Brazos 2

Ahora, fije la muñequera a la mano con dos tornillos. Luego, inserte la varilla hexagonal de aluminio de 100 mm en la muñequera.

Paso 9: Brazos 3

Si aún no lo ha hecho, siga adelante y coloque la cuerda en los cuernos del micro servo con las protuberancias del borde delantero en cada uno de los dedos. Asegúrese de hacer un nudo firme en cada uno de los dedos y minimice la inclinación de la cuerda haciendo una conexión estrecha entre la bocina del micro servo, la cuerda y la protuberancia del borde de ataque en cada dedo.

Paso 10: Brazos 4

Continúe la construcción de los brazos uniendo la pieza del brazo inferior al extremo de la varilla hexagonal. Conecte un servo estándar a la pieza del brazo inferior y asegúrelo con 4 tornillos y arandelas.

Paso 11: Brazos 5

Continúe el montaje del brazo uniendo la parte de la bisagra de la bocina del servo al brazo inferior y fíjela con 4 tornillos.

Paso 12: Brazos 6

Ahora, extienda el brazo superior insertando otra varilla hexagonal de aluminio de 100 mm en la junta de bisagra y fije otra junta de bisagra impresa en 3D en el otro extremo de la varilla hexagonal de aluminio de 100 mm.

Paso 13: Brazos 7

Ahora estamos montando la articulación del hombro. Comience tomando otro servo estándar y asegúrelo a la primera pieza de hombro con 4 tornillos y 4 arandelas.

Paso 14: Brazos 8

Ranure y sujete el conjunto de hombro al resto de las hombreras. La pieza circular inferior debe poder pivotar sobre el eje del engranaje del servo.

Paso 15: Brazos 9

Conecte el conjunto de hombro al servomotor del brazo superior con la última pieza de hombro con 4 tornillos adicionales.

Paso 16: Brazos 10

Combine el ensamble del hombro con el ensamble del brazo superior / inferior en el punto giratorio en la parte superior del ensamble del brazo. Las piezas deben unirse en la articulación de bisagra de la parte superior del brazo. Con esto concluye el montaje del brazo de ASPIR.

(Nota: deberá repetir los diez pasos para el ensamblaje del brazo para el otro brazo, ya que ASPIR tiene dos brazos, el izquierdo y el derecho).

Paso 17: Cabeza 1

Ahora estamos montando la cabeza de ASPIR. Comience conectando un servo estándar a la pieza del cuello del robot con 4 tornillos y 4 arandelas.

Paso 18: Cabeza 2

Al igual que el conjunto de hombro pivotante anterior, coloque un cabezal circular pivotante en la bocina del servo estándar y fíjelo con el soporte del cabezal circular.

Paso 19: Cabeza 3

Ahora coloque la plataforma base de la cabeza del robot en el mecanismo de pivote del cuello circular del paso anterior con cuatro tornillos.

Paso 20: Cabeza 4

Conecte otro servo estándar a la plataforma base con 4 tornillos y 4 arandelas. Conecte los enlaces de inclinación de la cabeza a la bocina del servo. Asegúrese de que los enlaces de inclinación de la cabeza puedan girar libremente.

Paso 21: Cabeza 5

Coloque el soporte de la placa frontal del teléfono en la parte frontal de la plataforma de la base. Conecte la parte posterior del soporte de la placa frontal del teléfono a los enlaces de inclinación del servo. Asegúrese de que la cabeza pueda girar hacia adelante y hacia atrás 60 grados.

Paso 22: Cabeza 6

Deslice el teléfono Android de 5,5 pulgadas en el soporte frontal del teléfono. (Un iPhone delgado con las mismas dimensiones también debería funcionar. No se han probado teléfonos con otras dimensiones).

Paso 23: Cabeza 7

Asegure la posición del teléfono fijando el telémetro láser en el lado izquierdo de la cara del robot con 2 tornillos.

Paso 24: Cabeza 8

Coloque una varilla hexagonal de aluminio de 60 mm en la parte inferior del cuello del robot. Con esto concluye el montaje de la cabeza del robot.

Paso 25: Piernas 1

Ahora estamos comenzando a ensamblar las piernas de ASPIR. Para comenzar, fije las piezas de las patas delanteras y traseras del robot con dos tornillos grandes. Asegúrese de que el antepié pueda girar libremente.

Paso 26: Piernas 2

Coloque 2 amortiguadores RC en las piezas del pie delantero y trasero como se muestra. La pieza del pie ahora debe flexionarse aproximadamente 30 grados y recuperarse.

Paso 27: Piernas 3

Comience a ensamblar el tobillo con dos servos extra grandes y fíjelos con 4 tornillos y 4 arandelas.

Paso 28: Piernas 4

Complete la conexión con la otra pieza del tobillo y fije la conexión con 4 tornillos y arandelas más.

Paso 29: Piernas 5

Fije la pieza del conector de pie con un tornillo grande en la parte posterior y 4 tornillos pequeños en la bocina del servo.

Paso 30: Piernas 6

Conecte el conector del tobillo superior al resto del conjunto del tobillo en el otro servo grande con 4 tornillos pequeños y un tornillo grande.

Paso 31: Piernas 7

Coloque dos varillas hexagonales de 210 mm en el conjunto del tobillo. En el otro extremo de las varillas hexagonales, inserte la pieza inferior de la rodilla.

Paso 32: Piernas 8

Fije un servo extra grande en la pieza de la rodilla con 4 tornillos y 4 arandelas.

Paso 33: Piernas 9

Conecte la pieza superior de la rodilla al cuerno del servomotor grande de la rodilla con 4 tornillos pequeños y 1 tornillo grande.

Paso 34: Piernas 10

Coloque dos varillas hexagonales más de 210 mm en el conjunto de la rodilla.

Paso 35: Piernas 11

Comience la construcción del muslo insertando un adaptador de corriente 5V10A en las dos piezas del soporte del adaptador de corriente.

Paso 36: Piernas 12

Deslice el conjunto del muslo en las 2 varillas hexagonales de la parte superior de la pierna del robot.

Paso 37: Piernas 13

Bloquee el muslo en su lugar colocando una parte de la junta de bisagra en las 2 varillas hexagonales de la parte superior de la pierna.

Paso 38: Piernas 14

Comience el ensamblaje de la articulación de la cadera conectando la cabeza circular grande a la bocina de un servomotor grande.

Paso 39: Piernas 15

Deslice el soporte del servo de cadera en el servomotor grande y apriete 4 tornillos con 4 arandelas.

Paso 40: Piernas 16

Deslice el conjunto del servo de cadera en la otra pieza de cadera para que la articulación de pivote pueda girar. Fije esta pieza en su lugar con 4 tornillos.

Paso 41: Piernas 17

Coloque otro servo grande en el ensamblaje de la cadera con 4 tornillos y 4 arandelas.

Paso 42: Piernas 18

Fije una parte del soporte del servo de la pierna superior con 4 tornillos, en la junta de pivote circular.

Paso 43: Piernas 19

Fije un servo extra grande en el soporte del servo de la parte superior de la pierna superior del paso anterior con 4 tornillos y 4 arandelas.

Paso 44: Piernas 20

Conecte el ensamblaje de la cadera completo al resto del ensamblaje de la pierna en la parte de la articulación de la bisagra de la parte superior de la pierna. Fíjelo con 4 tornillos pequeños y un tornillo grande.

Paso 45: Piernas 21

Conecte el conjunto de pie en el extremo inferior del resto del conjunto de pata y fíjelo con 6 tornillos. Ahora ha terminado con el ensamblaje de la pierna por ahora. Repita los pasos 25-45 para crear la otra pierna de modo que tenga ambas piernas derecha e izquierda para el robot ASPIR.

Paso 46: Pecho 1

Comience el montaje del cofre colocando grandes cuernos servo circulares en los lados izquierdo y derecho de la pieza grande de la pelvis.

Paso 47: Cofre 2

Coloque cuatro varillas hexagonales de 120 mm en la parte de la pelvis.

Paso 48: Cofre 3

Deslice una placa de soporte Arduino en las dos varillas hexagonales traseras. Coloque la pieza del torso inferior en las cuatro varillas hexagonales.

Paso 49: Cofre 4

Coloque un servo extra grande en la pieza inferior del torso y fíjelo en su lugar con 4 tornillos y 4 arandelas.

Paso 50: Cofre 5

Conecte un cuerno de servo circular extra grande en la pieza superior del torso con 4 tornillos.

Paso 51: Cofre 6

En la parte posterior de la pieza superior del torso, coloque la pieza de protección del interruptor trasero con 5 tornillos.

Paso 52: Cofre 7

Fije el soporte de la cámara web en la parte frontal del conjunto del torso superior con 3 tornillos.

Paso 53: Cofre 8

Inserte una cámara web USB en el soporte de la cámara web.

Paso 54: Pecho 9

Conecte el conjunto del torso superior con el conjunto del torso inferior en el cuerno del servo extragrande.

Paso 55: Cofre 10

Coloque un Arduino Mega 2560 en la placa Arduino posterior con 4 tornillos y 4 espaciadores.

Paso 56: Cofre 11

Conecte el Arduino Mega Servo Shield directamente en la parte superior del Arduino Mega 2560.

Paso 57: Fusión 1

Conecte el conjunto de la cabeza con el conjunto del torso entre la varilla hexagonal del cuello y la pieza superior del torso.

Paso 58: Fusionar 2

Combine los conjuntos de brazo izquierdo, derecho e izquierdo con el resto del conjunto del torso en las varillas hexagonales del hombro.

Paso 59: Fusionar 3

Fije los amortiguadores RC debajo de las conexiones de varilla hexagonal de ambos brazos. Asegúrese de que el conjunto del hombro pueda flexionarse unos 30 grados hacia afuera.

Paso 60: Fusionar 4

Combina las piernas izquierda y derecha con el resto del conjunto del torso en los grandes servos de cadera. Utilice tornillos grandes para asegurar las juntas de pivote.

Paso 61: Cableado 1

En la parte posterior del robot, conecte un concentrador USB de 4 puertos directamente encima del Arduino Mega Servo Shield.

Paso 62: Cableado 2

Comience a cablear los 33 servos al Arduino Mega Servo Shield usando los cables de extensión del servo. También conecte el telémetro de distancia láser desde la cabeza del robot al Arduino Mega Servo Shield. Recomendamos el uso de bridas estándar para ayudar a organizar los cables.

Paso 63: Cableado 3

Finalmente, complete el cableado conectando el Arduino Mega, el teléfono Android y la cámara web al concentrador USB de 4 puertos utilizando cables USB estándar. Conecte un cable de extensión USB para extender la longitud de la fuente del concentrador USB de 4 puertos.

Paso 64: Conchas 1

Comience a obtener las carcasas de la cabeza fijando las placas de conexión en el interior de la pieza de la carcasa de la cabeza trasera del robot.

Paso 65: Conchas 2

Coloque la pieza de la carcasa frontal del robot en el soporte de la placa del teléfono. Fíjelo con 4 tornillos.

Paso 66: Conchas 3

Atornille la pieza de la carcasa de la cabeza trasera del robot en la pieza de la carcasa de la cara frontal del robot.

Paso 67: Conchas 4

Conecte la pieza de la carcasa trasera del cuello al conjunto del cuello del robot. Asegúrese de que los cables del cuello estén bien ajustados en el interior.

Paso 68: Conchas 5

Conecte la pieza de la carcasa frontal del cuello al conjunto del cuello del robot. Asegúrese de que los cables del cuello estén bien ajustados en el interior.

Paso 69: Conchas 6

Para cada uno de los antebrazos izquierdo y derecho, atornille una pieza de la carcasa del antebrazo trasero.

Paso 70: Conchas 7

Para cada uno de los antebrazos izquierdo y derecho, atornille una pieza de la carcasa del antebrazo. Asegúrese de que los cables del brazo estén bien ajustados.

Paso 71: Conchas 8

Para cada uno de los brazos superiores izquierdo y derecho, atornille una pieza de la carcasa del brazo superior trasero. Asegúrese de que los cables del brazo estén bien ajustados.

Paso 72: Conchas 9

Para cada uno de los brazos inferiores izquierdo y derecho, atornille una pieza de la carcasa del brazo superior delantero. Asegúrese de que los cables del brazo estén bien ajustados.

Paso 73: Conchas 10

Para cada una de las piernas izquierda y derecha, atornille una pieza de carcasa de la parte inferior de la pierna trasera. Asegúrese de que los cables de las patas estén bien ajustados.

Paso 74: Conchas 11

Para cada una de las patas inferiores izquierda y derecha, atornille una pieza de carcasa delantera para la parte inferior de la pata. Asegúrese de que los cables de las patas estén bien ajustados.

Paso 75: Conchas 12

Para cada uno de los muslos izquierdo y derecho, atornille una pieza de la carcasa del muslo frontal en los muslos del soporte del adaptador de corriente. Asegúrese de que los cables de las patas estén bien ajustados.

Paso 76: Conchas 13

Para cada uno de los muslos izquierdo y derecho, atornille una pieza de la carcasa del muslo trasero en los muslos del soporte del adaptador de corriente. Asegúrese de que los cables de las patas estén bien ajustados.

Paso 77: Conchas 14

Para la parte delantera y trasera del torso inferior del robot ASPIR, coloque una pieza de carcasa frontal. Cuando haya terminado, atornille también una pieza de la parte inferior del torso.

Paso 78: Conchas 15

Coloque la pieza de la carcasa del torso superior frontal en la parte delantera del pecho del robot ASPIR de modo que la cámara web sobresalga en el centro del torso. Cuando haya terminado, atornille la pieza de la carcasa del torso superior posterior en la parte posterior del pecho del robot ASPIR.

Paso 79: Toques finales

Asegúrese de que los tornillos estén bien apretados y que los cables encajen perfectamente dentro de todas las piezas de la carcasa. Si todo parece estar conectado correctamente, pruebe cada uno de los servos usando el ejemplo de barrido de servo de Arduino en cada uno de los pines. (Nota: preste mucha atención a cada uno de los rangos de los servos, ya que no todos los servos tienen la capacidad de rotar completamente de 0 a 180 grados debido a su disposición).

Paso 80: Conclusión

¡Y ahí lo tienes! Su propio robot humanoide impreso en 3D de tamaño completo, construido con varios meses de su buen y arduo trabajo. (Adelante, dése una palmadita en el paquete un par de miles de veces. Se lo ha ganado).

Ahora es libre de hacer lo que sea que los ingenieros, inventores e innovadores con visión de futuro hagan como lo hacen con los robots humanoides.¿Quizás quieres que ASPIR sea un amigo robótico que te haga compañía? ¿Quizás quieres un compañero de estudio robótico? ¿O tal vez quieres intentar construir un ejército de estas máquinas para conquistar el mundo como el malvado científico loco distópico que sabes que eres? (Necesitará bastantes mejoras antes de estar listo para despliegues militares en el campo …)

Mi software actual para hacer que el robot haga estas cosas está actualmente en proceso, y ciertamente pasará un tiempo antes de que esté completamente listo para funcionar. Debido a su naturaleza prototípica, tenga en cuenta que el diseño actual de ASPIR es muy limitado en sus capacidades; ciertamente no es perfecto como lo es ahora y probablemente nunca lo será. Pero en última instancia, esto es algo bueno: deja mucho espacio para mejorar, realizar modificaciones y desarrollar avances en el campo de la robótica con investigaciones que realmente puede llamar suyas.

Si decide seguir desarrollando este proyecto, ¡hágamelo saber! Me encantaría ver qué puedes hacer con este proyecto. Si tiene alguna otra pregunta, inquietud o comentario sobre este proyecto o sobre cómo podría mejorar, me encantaría escuchar su opinión. En cualquier caso, espero que hayas disfrutado siguiendo este Instructable tanto como yo escribiéndolo. ¡Ahora sal y haz grandes cosas!

Excelsior, -John Choi

Segundo premio en el concurso Make It Move 2017