为模块化机器人平台设计受自然启发的组件-机器人报告

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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。”