ICRA 2016獲獎論文：這些技術和軟件可用于機器人的快速制造｜新智造

新智造按：本文為ICRA 2016獲獎論文，作者 Nicola Bezzo、Ankur Mehta、Cagdas Onal和Michael T. Tolley，來源Robohub，由新智造獨家編譯，未經許可拒絕轉載！

雖然近些年來，設計和制造科技發生了巨大的進步，讓功能性機器人的開發越來越容易，但要打造完全功能性的機器人，前行的道路上依然面臨巨大的挑戰。打造成熟的機器人系統需要不同領域（包括機械、電子、軟件和控制理論等）的精湛技術，這些領域一旦取得杰出成就，機器人系統的成熟程度將更進一步。

設計技術

機器人系統設計的目的就是得出制造機器人的整套制作程序，其包含結構、機械制造和組裝。這方面的研究將有助于用戶從特定類型的結構和功能中得出制造過程。可制造性設計(DFM)因為制作技術的不成熟而對機器人的功能和結構造成限制。隨著制造能力的提高，這些限制也能慢慢減少直到消失。比如，隨著3D打印技術的發展，現在幾乎任何形狀的固體物件都能通過3D打印機制造出來。

然而，除了3D打印，我們還有其他的技術。最近的一個例子就是將2D材料折疊在一起的技術，這種技術與日本的折紙工藝類似。現在，一些研究團隊已經利用此技術將紙片、塑料薄膜和多層層合板打造成機器人。這種方法有著其他方法不可比擬的優勢：首先，它的制造過程很快；此外，它非常靈活。不過，讓2D材料變成3D結構依然面臨重重挑戰。

除了要考慮結構部分之外，機器人設計也要考慮電子和軟件系統部分。

制造技術

要實現機器人的快速制造，新的增材制造至關重要。3D打印技術擴展了我們能夠直接制造的設備，從揚聲器到電池，再到應變傳感器，3D打印能夠一網打盡。最近，我們團隊開始探索3D打印能夠用刀的材料、程序和設計方法，旨在擴大3D打印的范圍。除了3D打印，機器人制造可用的另一種技術便是形狀沉積制造(SDM)，其原理是：零件和支撐都是逐層同步生成，而且新增加材料都是液態材料，每層完成之后都是在計算機控制下進行切削加工和應力消除處理，層層疊加直到生成零件。

最近，有團隊研究出了一種叫做PC-MEMS（打印環路微機電系統）的程序，其能夠用于制造電動機械層板，而這些層板能夠用于制造機器人系統。現在，這種方法已經用于制造可行走和飛行的昆蟲形狀機器人。

軟件環境

軟件在設計和制造機器人系統中扮演著重要的角色。從設計方面來說，現在很多工具都能通過創造、繪制機械、電子和軟件來幫助用戶。軟件應該盡可能地支持設計、簡化設計程序，為最終的產品保駕護航。

利用機器人操作環境（ROS），我們已經搭建了一個面向機器人應用的模塊化編程環境，我們將之命名為ROSLab。利用ROSLab，開發者可以將機器人應用中為數眾多的運算單元，并將這些單元之間的消息傳遞方式統統模塊化，這樣一來，我們就能完全自動化地生成一個機器人應用的主體框架代碼。最近，我們讓機器人建筑模塊庫加入到ROSLab中來，繼續壯大了ROSLab，來為機器人的機械結構創造更加良好的設計環境。

從電子方面來說，我們需要運用兩種主要的汽電共生理論：一種是模塊方法，另一種是嵌入式印刷版。兩種方法都有著自己的優勢和劣勢。用模塊方法創造的環路可重復利用，便于測試，能夠進行特定任務，由諸如Arduino和Sparkfun的制造商團體支持。然而，因為其要連接更多的連接器，所以尺寸更大也更重。同時，成本也更貴。而嵌入式印刷版可實現定制化，因此其在尺寸和重量上優勢明顯，這也是為什么它在小型機器人制造上得到了廣泛應用。

討論

以上總結的技術和軟件能夠用于機器人系統的快速制造，然而要讓設計方案與最后的成品一致，我們還面臨著巨大的挑戰。因此，在設計和制造的過程中，我們需要反復確認，以讓成品滿足設計師的要求。

不過，而就目前來說，原型系統發展得越來越低價，這就大大減少了設計程序中確認的必要。現在，我們可以放心大膽地運用各個方法進行測試，不斷嘗試找出錯誤，直到得出最終正確的結果。有時候，這種方法也是一種經濟和可行的方案。

接下來，我們說說按需設計的機器人。簡而言之，它就是一種定制化的機器人。現在，對于定制化機器人，業界存在兩種觀點。有人支持這種機器人的發展，認為其能讓用戶開發自己獨一無二的機器人。而有人認為這種機器人的存在其實沒有必要，他們認為業界的重點應該放在擴展機器人制造程序的能力之上，這樣我們就會有更多可以通用的機器人。不過，業界公認未來的機器人能夠完成的任務會越來越多。

我們相信以上列出的技術和軟件會對機器人制造領域產生重大影響。

首先，它們不僅適用于定制化機器人，也適用于通用機器人，研究者們可以根據自己的特定范疇來選取特定的方法。

其次，而不管選取哪種方法，它們都比傳統機器人制造方法要節省成本。

此外，隨著機器人擴展到更多的領域（比如擴展到藝術創作領域），越來越多人提出了一個問題：如何才能讓機器人對人類產生積極影響？現在，我們已經研究了一些能夠造福人類的機器人（如農業機器人、醫療機器人等），以打造更多服務人類的機器人。而以上所提的方法和軟件將會對打造價格親民、易于制造、造福人類的機器人產生巨大的影響。

最后，它們也有著教育意義，鼓勵更多的后輩們成為機器人學家和工程師。

Via：Robohub

新智造為雷鋒網旗下專注于機器人的公眾號，我們關注機器人的現狀與未來，以及與機器人結合的相關產業。感興趣的朋友可添加微信號AIRobotics，或是直接掃描下方二維碼進行關注！

雷峰網原創文章，未經授權禁止轉載。詳情見轉載須知。