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为模块化机器人平台设计自然启发的组件

通过机器人报告工作人员|2021年8月17日

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由Amazon Polly配音

Solid Edge®软件使罗斯机器人设计工程师能够创建可重新配置的地面机器人。

Philip Norman、Branwen Norman和Tom Foale展示了iBOID和EXTRM SC 2.0机器人。

想象一个像犰狳一样强壮,像壁虎一样敏捷的机器人。它像逆流而上的鲑鱼一样顽强,像使用工具的黑猩猩一样灵巧,像在放射性区域的蟑螂一样坚强。多亏了复杂的、紧密集成的产品开发工具,这些机器人系统不再只是一个工程幻想;它们正在从农业到国防等各个行业成为现实。

Ross Robotics成立于2015年,设计和制造模块化的地面机器人,这些机器人受到自然世界的启发。其方法的不同之处在于,它的机器人模块可以组合在一起,并可以以多种方式配置。这个被称为Robosynthesis的模块化机器人交付平台,催生了许多多任务机器人——从配备RGB摄像机、红外摄像机和运动探测器的安全机器人,到能够在危险地点导航的自主机器人。

iBOID可以游泳,还能在艰难的地形上作战——这是监视的理想组合。

典型的积木系统限制用户在两个或三个方向连接部件,而Robosynthesis平台没有这样的限制。多亏了立体边缘Philip Norman, Ross Robotics的联合创始人和首席技术官(CTO),基于轴向和正交重定位原理设计了这个系统的几何形状。换句话说,最终用户可以以任何角度将组件组装在一起,得到的复合角度是无限可调的。诺曼解释说:“我们的机器人可能看起来都不一样,但它们使用的部件是一样的。”“这种能力让我们能够根据不同的目的组装和重新组装现成的机器人——所有这些都是需要的。”

从概念到现实与Solid Edge

20年前,诺曼在法国居住时构思了Robosynthesis平台。当时,一位工程师朋友向诺曼介绍了Solid Edge,他们一起探索了一个新的建筑玩具。“这是一种启示,”诺曼说。一开始只是一个梦幻般的理智想法突然变得清晰而清晰。我对Solid Edge探索得越多,发现的功能就越多。”

利用Solid Edge全面的产品开发工具套件,Norman可以简单地勾勒出一个想法,然后将草图挤压成一个三维形状——将各个部分组装成一个整体。诺曼说:“我先更新一个部件,然后软件就会自动更新整个组件。”“这是纯粹的喜悦。最重要的是,我可以把一个组合拆开,随时重新开始。有很多“eureka!”’的时候,我对这个软件变得更快、更有信心了。”

诺曼的思想在不断发展。几年来,他为大学生提供了在法国高级机械研究所(IFMA)学习机电一体化和原型设计的机会,该研究所现在是法国研究生工程学院,SIGMA Clermont。不久之后,一个家庭成员的建议让诺曼进入了模块化机器人领域。Norman说:“我的主要挑战是创造和建造一个可以连接多个组件并旋转的部件。”

诺曼曾担任艺术家、作家和设计师。他也是罗斯机器人公司的联合创始人。

通过简单实现复杂性

诺曼的解决方案是在任何方向上固定的通用连接器。Robosynthesis平台的一个关键方面是,该专利连接器使用户无需任何技术专业知识即可轻松更改和更新Ross机器人系统。该公司目前迭代的连接器称为Slimline,使用倾斜螺旋弹簧,匹配时厚度仅为7.5毫米。细线的每一半都是由选择性金属化聚合物形成的,以形成一系列导体和绝缘体。而且,当受到振动、热循环和突然的机械冲击时,连接器的锥对锥配合具有固有的鲁棒性。

Ross Robotics的其他设计里程碑包括一个特殊的插孔插头,可以实现数据传输、通信和电源充电,以及CLAWWS™Wheels,该产品的灵感来自蹼鸭脚,可以增加机器人的牵引力和在艰难环境中爬行。

Norman承认:“为我们的模块化系统找到精确的几何形状花了很长时间。但是使用Solid Edge,我从来没有被困住。我会探索一个版本的零件,保存它,然后尝试另一个版本。让我有更多的选择,这真的很有帮助。”得益于软件的同步建模技术,Norman还节省了时间。虽然他过去不得不为某些任务安排一整天的时间,但使用Solid Edge,他能够在几小时内完成同样的任务——时间缩短了75%。

诺曼以动物王国为灵感,将罗斯机器人设计成具有低重心的稳定机器人,以及作为阻尼器和防止翻转的尾巴。其他部件有目的地具有弹性和灵活性,使机器人更加灵活和有弹性。所有部件都使用计算机数控(CNC)机器制造,然后真空铸造在不同的塑料中——一种刚性、经济高效的材料。

然后将塑料涂覆在一层精细的金属上,无需使用单独的金属部件。这种金属化工艺也适用于通用连接器,可生产出更坚固、更轻、成本更低的零件。“材料科学对我来说是一条全新的学习曲线,”诺曼说。“但得益于Solid Edge,我学到了很多关于它的知识,比如如何设计具有强度和灵活性的零件。”

诺曼使用西门子Solid Edge软件设计和开发他的机器人。

功能齐全,设计典雅

诺曼的目标之一是确保机器人合成模块化平台易于未经培训的最终用户理解和使用。因此,在工业装配阶段,平台不需要任何螺栓连接;所有东西都压在一起发出咔嗒声。采用Solid Edge后的其他好处包括:

  • 易于开发多种组件
  • 在某些任务上节省75%的时间
  • 易于为未经培训的终端用户组装
  • 潜在客户的积极反馈
  • 能够绘制高质量的工程图纸
  • 能够呈现产品图像以支持早期营销工作

诺曼说:“创作过程以神秘的方式进行。”。“一个巨大的挑战是看一个概念可能会走向何方——这并不一定容易。”然而,由于诺曼的决心,机器人合成平台拥有许多专利,目前正吸引政府、商业和慈善机构对排雷等应用的浓厚兴趣,农业和基础设施维护。

“我们的机器人实际上只是零件,”诺曼说。Solid Edge对我们来说很关键,因为它非常适合设计组件。”

要了解有关Solid Edge的更多信息,请访问:https://www.siemens.com/robotics-design.

诺曼在罗斯机器人公司总部外测试一个裸体机器人平台。

由西门子Solid Edge赞助

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