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想要机器人?自己动手就能定制

2017-02-17 14:33
吃瓜天狼
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日前于美国洛杉矶会展中心开幕的Solidworks2017年世界大会上,包括伯格顿和尼尔在内的全球5000多名工程师、设计师、科技设计达人聚集一堂,用真实的作品案例相互切磋,分享和探索3D应用、工程技术和设计领域的最新信息。

实际上,“业余选手”伯格顿的故事和专业工程师尼尔的唏嘘不是个别现象。在诸如Solidworks三维仿真设计软件的帮助之下,凭一己之力就能定制自己想要的那款机器人已经不是什么天方夜谭。在Solidworks世界大会上展出的擅长翻越山地的坦克型机器人、战斗力爆表的锯齿机器人、力大无穷的蜘蛛型机器人,都是由几个人的小团队甚至个人设计制造的。一方面,Solidworks、Catia、Delmia、3DVia等仿真软件的开发正在努力简化原本高精尖的工业设计开发流程;另一方面,3D打印技术与设计软件的直接对接,让个性化工业制造变得轻而易举。这无疑给了更多像伯格顿这样对机器人充满热情和想法的“业余选手”定制机器人的机会。

“作为人工智能的主要载体,机器人开发设计本来应该是个性化的事情,从功能到造型审美,不同人对机器人有不同需求,但因为开发制造门槛太高,所以这些需求一直被压抑。”《机器人时代》作者、人工智能马丁.福特(Martin Ford)认为,随着设计软件越来越容易操作,设计软件和3D打印机直接对接等技术革新,在不久的将来,机器人将真正进入“私人定制”时代。

虚拟现实仿真设计

“我们自学了一些软件操作教程,对最新的机器人科技做了一定了解,就开始用仿真设计软件着手研发。整个过程不是像人们一般人所想的那么困难,只要有确定的设计目标。”柏格顿坦言,他和“发小”休斯从小就对机器人充满好奇,在过去的很多年里,因为苦于没有简易操作的工具和专业导师,他们能做的最多只是憧憬。直到在高中的选修课上,他们接触到了相关的三维仿真设计软件,这种观念才开始发生了改变。

“我们所做的,就是根据自己脑海中的机器人设计需求,在数以百万计的模板和素材库中筛选出自己想要的东西尝试组合。这类软件会帮你按部就班地分析你的每一步设计是否可行,甚至寻找出下一步比较合理的解决方案。受到软件所给出的分析和建议方案,你又会不断受到启发,想出新的点子。”通过软件的多次模拟机械手臂动作状态,柏格顿他们确定了芯片和感应器的力学反馈设计解决方案,在几款设计方案之中,这种最为经济。“动态的模拟过程为我们省去了很多时间,试错的成本非常低。”令柏格顿庆幸的是,最终的机械手臂呈现结果和仿真设计软件预测的动态过程几乎完全一致。

多纳德.休斯顿(Donald Hutson)也是虚拟现实仿真设计软件的拥趸。他凭借“锁爪”(Lock-Jaw)斩获了去年全美知名的机器人对抗大赛“战斗机器人”(Battlebots)冠军。这已经是他的第三座机器人格斗冠军奖杯了。和普通机器人设计不同,参与对抗比赛的编程智能机器人对攻击性、耐力、感知力、灵敏度、策略分析、稳定性的要求非常高。“在设计一款新的机器人时,通常会有五六个不同类型的机器人在我脑海中一闪而过,按照以往的方式,我要将它们全部做出来才能确定哪个机器人最有胜算,但对每年都要参加比赛的人来说,这是来不及的。”利用仿真软件,他和两位伙伴分别将这些格斗机器人在数字世界快速建模“制造”出来,再来一场数字模拟PK大赛,筛选出综合素质最强的那一个。果然,头部装有运动的钳子和两个榔头的重量级机器人“锁爪”,在现实的比赛中也表现出强劲的战斗力,获得了16场比赛连胜。

坐在轮椅上的詹姆士(James),利用虚拟现实仿真设计软件成功设计出能让双腿残疾的人依靠双手驾驶的智能电动跑车。“也许,普通人不能体会我们的这种需求,而专为残疾人开发的交通工具种类实在有限,所以,我就依靠自己的摸索和软件动态仿真功能,定制了这样一款带有编程功能的双手驾驶跑车。”詹姆士介绍,其中的汽车外壳和操纵杆等关键部件均是由软件分析后,用3D打印机喷制。“汽车的高度和车门的尺寸都是根据轮椅的高度来定制的,如果是向厂商订货, 只做几件样品,不仅价格高昂,而且还需要大量时间等待。现在,这一切都很方便,在家里的地下室就能做到。”詹姆士的最终目标是阿凡达那样的浸入式机器人,帮助那些像他这样坐在轮椅上的人像正常人一样用“双腿”行走。

同样希望将机器人与人类紧密结合在一起的工程师乔纳森.蒂皮特(Jonathan Tippett),则利用仿真软件简化了开发流程,建构出一款结构复杂、对骨骼力学要求精密的巨型可穿戴式的行走“机甲”。这是一款倚赖电子—水动力学和触觉反馈来操纵的肢体移动机器人。坐在“机甲”上,驾驶者可能通过手臂的活动来控制整个庞然大物的运动。据说,乔纳森的朋友之中有一位机场行李搬运工,因为常年搬运导致肌肉劳损,无法工作。乔纳森感同身受决定研发这样的 “机甲”,希望减少搬运工的身体损伤,便设计了这款巨型机器人。“用仿真软件设计,虽然它看上去骨骼复杂,其实绘制和建模分析都不难。”乔纳森回忆说,设计和制造最难的部分并非机器人本身,而是它以什么样的方式降低搬运工的工作强度。“虽然它的初衷仍然是以人为本,有点‘反机器人’,但它能发挥作用,我就心满意足了。”

乔纳森制造的巨型可穿戴式的行走“机甲”

用仿真软件设计的“机甲”看上去骨骼复杂

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