研究

瑞士研究人员使用双臂机器人创造泡沫3D雕塑

由计算机机器人实验室领导的一组研究人员苏黎世联邦理工学院计算机科学系海法大学已经部署了一个双臂机器人来创建复杂的3D模型。

利用加热的金属线,机器人可以用聚苯乙烯泡沫雕刻出精致的形状,而不需要与材料进行任何物理接触。该技术已经生产了一系列具有双曲面的3D原型,这是传统的直线线切割方法难以实现的,如数控加工和线框加工。

YuMi IRB 14000机器人

使用热线雕刻泡沫塑料本身并不是一种新的生产技术,正如《龙与地下城》的玩家将能够证明的那样。尽管如此,这个过程经常需要大量的时间、精力和使用其他工具进行优化。此外,传统的切割方法使用直的热线将聚苯乙烯切割成各种形状,但这种方法只允许基本的切割,不允许生产具有复杂几何形状的模型。

虽然热丝刀通常安装在铣削车间的机械上,但它们也只能产生直纹面。数控机床也以类似的方式使用(尽管使用的是钻头而不是金属丝),但在尊重机床施加的约束条件下,很难规划出一条路径来创建所需的表面。丹麦工程师在2016年的项目中进行了相关研究,该项目使用热线切割,一次扫线即可产生双曲面。然而,根据瑞士的研究人员,这种方法有局限性,需要切割刀片保持平面,系统需要用户输入来解决非琐碎的问题。

研究人员的新方法使用了一个名为YuMi IRB 14000的机器人,它配备了两只手臂,使整个过程更加高效。它的每条腿末端都有一根不能伸长的弹性金属棒,它的“手”可以自由地移动七个自由度,这使它非常灵活。通过对机器人的附件进行编程,使其能够有效地协同工作,研究人员能够精确地创建3D设计。

一旦给定了目标形状,机器人的定制软件就会生成一系列轨迹,然后将其中一根杆穿过工件,形成一个切口。轨迹被优化以最有效的方式移动它的“手”,并减少当前工件和目标形状之间的差异。与顺序路径规划工具一起工作,可以实现完全自动化或用户控制的移动。

YuMi 1400能够执行一些精确的任务(如图)。图片来自ABB Robotics。
YuMi 14000能够执行一些精确的任务(如图)。图片来自ABB Robotics。

创造机器人杰作

该方法通过创建一系列不同的模拟示例以及几个物理原型(包括手、心、鲨鱼和蜂鸟模型)进行评估。在测试过程中,一个边长为290mm的立方体聚苯乙烯泡沫安装在三脚架上,并在切割之间手动旋转。导线直径为1mm,连接6.6安培和4.6伏特的电源,将其加热到250℃左右。研究人员称,加热金属丝可以确保材料在接触之前熔化,并产生传统方法无法实现的表面。

创建模型的时间因硬件和复杂性而异,所以更复杂的手部模型需要4个小时才能完成,而兔子模型只需要2小时20分钟。与相应的模拟形状相比,兔子模型和心脏模型的平均误差分别为1.97mm和0.76mm。研究人员将其归结为机器人手臂缺乏刚度,以及使用三脚架安装,这限制了机器人定位的准确性。

研究人员也承认了设计的其他限制,比如用于操纵材料的杆,在需要更换之前只能弯曲和弯曲一定的量。此外,现有的机器人编程软件只允许机器人的手臂进行一系列的切割,而不是一次完成一幅杰作。

尽管没有经过测试,但瑞士的研究人员承认,线材温度升高可能导致更高的切割速度,尽管是以降低切割质量为代价的。这项技术在未来也可以应用于其他材料,但目前,这项技术还处于发展的早期阶段,我们可能还需要数年时间才能制造出第一个机器人毕加索。

在测试过程中产生的兔子和心脏模型的错误率的视觉表示。照片由苏黎世联邦理工学院提供。
在测试过程中产生的兔子和心脏模型的错误率的视觉表示。照片由苏黎世联邦理工学院提供。

使用增材制造的机械臂雷电竞充值

3D打印已经被用于制造各种各样的机械手臂,从手持工具的生物手,到创造一个完整的机械类人。

中国的深圳市跃江科技有限公司三代以来首次亮相DOBOT机械手臂在2018年的消费电子展上。DOBOT魔术师变型兼容五个不同的工具头:3D打印机热端,激光,笔架,真空杯,和夹具。

桌面3D打印机制造商BCN3D技术发布了一个开源机器人手臂2016年7月,3D打印结构。这项技术是为教育目的而开发的,可以编辑、改进和改变以适应用户的需要,同时可以以低成本复制。

意大利技术创业Youbionic使用增材制雷电竞充值造制造增强人形2018年11月。“半人马”的设计是通过添加手臂附件该公司在一年前开发出了一种机器人脊椎。

研究人员的研究结果详细发表在题为《RoboCut:用机器人控制的柔性棒进行热线切割由Simon Duenser、Roi Poranne、Bernhard Thomaszewski和Stelian Coros合著。

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图片显示,测试工程师正在为YuMi 14000机器人编程。图片来自ABB Robotics。