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只需几分钟即可设计定制机器人
2021年01月04日    阅读量:     新闻来源:中国机器人网 vrovro.com  |  投稿

即使机器人在我们世界的不同地区变得越来越普遍,但它们仍然难以制造。从设计和建模到制造和测试,该过程缓慢且成本高昂:即使是很小的更改,也可能意味着数天或数周的重新思考和修订重要硬件。


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但是,如果有一种方法可以让非专家一次坐下来制作不同的机器人设计呢?


麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的研究人员正在接近做到这一点中国机器人网vrovro.com。在一份新论文中,他们提出了一个名为“交互式Robogami”的系统,该系统使您可以在几分钟内设计出一个机器人,然后在短短四个小时内对其进行3D打印和组装。


该系统的关键特征之一是,它允许设计人员确定机器人的运动(“步态”)和形状(“几何形状”),而这种能力通常在设计系统中是分开的。


“设计机器人通常需要只有机械工程师和机器人专家才能拥有的专业知识,”博士研究生兼联合作者艾德里亚娜·舒尔茨(Adriana Schulz)说。“令人兴奋的是,我们创建了一个工具,该工具允许休闲用户通过向他们提供专业知识来设计自己的机器人。”


该论文由国际博士学位论文研究生辛西娅·桑(Cynthia Sung)以及麻省理工学院的教授沃伊切奇·马图西克(Wojciech Matusik)和丹妮拉·鲁斯(Daniela Rus)共同领导,并将在新一期《国际机器人研究杂志》上发表。


其他合著者包括博士生安德鲁·斯皮尔伯格(Andrew Spielberg),前硕士学位的学生赵薇,前本科生罗宾·成(Robin Cheng)和哥伦比亚大学教授Eitan Grinspun。(Sung现在是宾夕法尼亚大学的助理教授。)


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3D打印已经改变了人们将想法变成真实对象的方式,从而使用户能够摆脱传统的制造方式。尽管取得了这些进展,但是当前的设计工具仍然存在空间和运动方面的局限性,并且要理解各种细微差别的学习曲线非常陡峭。


互动式Robogami旨在更加直观。它使用仿真和带有算法的交互式反馈进行设计合成,使用户可以专注于高级概念设计。用户可以从超过50种不同的身体,轮子,腿和“外围设备”的库中进行选择,还可以选择不同的步骤(“步态”)。


重要的是,该系统能够保证实际可行的设计,分析诸如速度和稳定性之类的因素以提出建议,并确保例如用户不会制造出笨拙的机器人以至于无法移动没有翻倒。

 

设计完成后,便可以制造机器人。团队以折纸为灵感的“ 3D打印和折叠”技术涉及将设计打印为连接在连接处的平面,然后将设计折叠成最终形状,结合2D和3D打印的最有效部分。


Sung说:“ 3D打印使您可以打印复杂的刚性结构,而2D加工使您可以快速生产轻巧而坚固的结构。” “通过3D打印2D图案,我们可以利用这些优势利用轻质材料开发出坚固,复杂的设计。”


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为了测试系统,该团队使用了八名受试者,他们接受了二十分钟的培训,并被要求执行两项任务。


一项任务涉及在短短十分钟内创建移动稳定的汽车设计。在第二项任务中,为用户提供了机器人设计,并要求其创建轨迹以最少的行程时间在障碍物路线中导航机器人。


该团队总共制造了六个机器人,每个机器人需要10到15分钟的设计时间,3到7个小时的印刷时间以及30到90分钟的组装时间。该团队发现,他们的3D打印和折叠方法将打印时间减少了73%,材料使用量减少了70%。机器人还展示了广泛的运动范围,例如使用单腿走路,使用不同的步序以及同时使用腿和轮。


Sung说:“您可以快速设计出可以打印的机器人,这将帮助您快速,轻松且廉价地完成这些任务。” “这降低了所有人设计和创建自己的机器人的障碍。”


Rus希望人们能够将机器人整合到日常工作中来,并且具有快速打印技术的类似系统将能够大规模定制和生产机器人。


“这些工具为教授计算思维和创造提供了新的方法,” Rus说。“学生不仅可以通过编码和制造自己的机器人来学习,而且可以通过将关于他们的机器人实际功能的概念化思想变为现实。”


虽然当前版本的重点是可以行走的设计,但团队希望将来机器人可以飞行。另一个目标是使用户能够进入系统并根据机器人可以执行的任务定义机器人的行为。


迪士尼研究的研究科学家莫里茨·贝彻(MoritzB?cher)说:“该工具可以在设计过程的早期阶段快速探索动态机器人。” “专家通过约束和组成规则定义了构建基块,并为非专家制造复杂的机器人系统铺平了道路。该系统很可能会激发针对更复杂的机器人的计算设计的后续工作。”


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