瑞士研究人員開發(fā)能夠生產(chǎn)3D雕塑的3D打印兩臂機(jī)器人
魔猴君 行業(yè)資訊 1634天前
通過使用加熱的金屬線，3D打印機(jī)器人能夠從聚苯乙烯泡沫中雕刻出精美的模型，而無需與材料進(jìn)行任何物理接觸。該技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生了一系列復(fù)雜的3D原型，這些原型具有雙重彎曲的表面，而傳統(tǒng)的直線切割很難或甚至不可能實(shí)現(xiàn)。
YuMi IRB 14000 3D打印機(jī)器人
使用熱線雕刻泡沫塑料本身并不是一種新的生產(chǎn)技術(shù)，但是，使用其他工具通常需要大量時(shí)間，精力來改進(jìn)制造。此外，傳統(tǒng)的切割方法是使用直的熱線將聚苯乙烯切割成一定形狀，但是這種方法僅允許基本切割，而不能生產(chǎn)具有復(fù)雜幾何形狀的模型。
為此，通常將熱鋼絲鉗安裝在銑削車間的機(jī)械上，但它們也只能產(chǎn)生直紋的表面。 CNC機(jī)床以類似的方式使用（盡管使用鉆頭代替金屬絲），但是在考慮機(jī)床所施加的約束的同時(shí)，很難對(duì)生成所需表面的路徑進(jìn)行編程。丹麥工程師在2016年的項(xiàng)目中進(jìn)行了相關(guān)研究，該項(xiàng)目使用熱線切割一次掃描即可生產(chǎn)出雙曲面。不過，根據(jù)瑞士研究人員的說法，這種方法的局限性要求切割刀片必須保持平面，并且系統(tǒng)需要用戶輸入才能解決非平凡的問題。
這家位于蘇黎世的研究人員的新方法使用了名為YuMi IRB 14000的3D打印機(jī)器人，該機(jī)器人配備了兩個(gè)臂以提高處理效率。每個(gè)肢體的末端都揮舞著一根不可伸展的彈性金屬棒，其“手”以七個(gè)自由度移動(dòng)，使其具有出色的靈活性。通過對(duì)機(jī)器人的附件進(jìn)行編程以有效地協(xié)同工作，研究人員能夠精確地創(chuàng)建3D設(shè)計(jì)。
給定目標(biāo)形狀后，機(jī)器人的定制軟件將生成一系列軌跡，并將其中一根桿掃過工件以進(jìn)行切割。優(yōu)化了軌跡，以最有效的方式移動(dòng)“手”，并減小了當(dāng)前工件和目標(biāo)形狀之間的差異。與順序路徑規(guī)劃工具一起使用，這可以使運(yùn)動(dòng)完全自動(dòng)化或由用戶控制。
YuMi 14000能夠執(zhí)行許多精密任務(wù) 圖片來自ABB Robotics。
使用3D打印創(chuàng)建機(jī)器人作品
通過創(chuàng)建一組多樣化的仿真示例以及包括手，心，鯊魚和蜂鳥模型在內(nèi)的多個(gè)物理原型，對(duì)該方法進(jìn)行了評(píng)估。在測(cè)試過程中，將一個(gè)邊長(zhǎng)為290mm的立方聚苯乙烯泡沫塊安裝在三腳架上，并在兩次切割之間手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。將直徑為1mm的電線連接到6.6安培和4.6伏的電源，將其加熱到大約250℃。研究人員說，加熱金屬絲可以確保材料在接觸之前就已經(jīng)熔化，并產(chǎn)生了使用傳統(tǒng)方法無法實(shí)現(xiàn)的表面。創(chuàng)建模型的時(shí)間因硬件和復(fù)雜性而異，因此更復(fù)雜的手動(dòng)模型需要四個(gè)小時(shí)才能完成，而兔子模型僅需要兩個(gè)小時(shí)零二十分鐘。與相應(yīng)的模擬形狀相比，兔子和心臟模型的平均平均誤差分別為1.97mm和0.76mm。研究人員將其歸結(jié)為機(jī)器人手臂缺乏剛性，以及使用三腳架安裝，這限制了其定位的準(zhǔn)確性。
蘇黎世研究人員也承認(rèn)了設(shè)計(jì)的其他限制，例如用于操縱材料的桿，該桿只能彎曲并翹曲一定的量，然后才需要更換。此外，現(xiàn)有的用于對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程的軟件僅允許機(jī)器人的手臂進(jìn)行一系列切割，而不能在一個(gè)坐姿中創(chuàng)建作品。盡管未經(jīng)測(cè)試，但瑞士研究人員承認(rèn)，盡管降低了切割質(zhì)量，但升高的焊絲溫度仍可能導(dǎo)致更高的切割速度。該技術(shù)將來也可能適用于其他材料，但是目前，該技術(shù)還處于開發(fā)的早期階段，距離第一臺(tái)畢加索機(jī)器人尚有數(shù)年之遙。
可視化表示在測(cè)試過程中產(chǎn)生的兔子和心臟模型中的錯(cuò)誤率。圖片來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院。
使用增材制造生產(chǎn)的機(jī)械臂
3D打印已被用于創(chuàng)建多種用途的機(jī)械臂，從用于夾持工具的生物手到完整的機(jī)械人形生物。中國(guó)的深圳粵江科技有限公司于2018年在CES上首次展示了三代3D打印DOBOT機(jī)械臂。DOBOTMagician變體與五種不同的工具頭兼容：3D打印機(jī)熱端，激光，筆架，真空杯和夾持器。
臺(tái)式機(jī)3D打印機(jī)制造商BCN3D Technologies于2016年7月發(fā)布了具有3D打印結(jié)構(gòu)的開源機(jī)器人手臂。該技術(shù)是為教育目的而開發(fā)的，可以對(duì)其進(jìn)行編輯，改進(jìn)和更改，以適應(yīng)用戶的需求，同時(shí)可在成本低。
意大利技術(shù)初創(chuàng)公司Youbionic在2018年11月使用增材制造技術(shù)制造了增強(qiáng)型人形機(jī)器人。“半人馬”設(shè)計(jì)是通過將公司一年前開發(fā)的手臂附件添加到機(jī)器人脊柱上而創(chuàng)建的。
