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    “新造物”时代 新兴科技强强联合

    2019-01-04来源:

      科技正在引领智能制造时代的带来,作为先进技术的代表,3D打印、物联网、云计算、人工智能、大数据等前沿科技正在由实验室走向车间生产,由小批量应用走向全产业链应用,在工业4.0的推动下,未来制造业格局将被改写。

      如果说新兴科技与传统技艺融合是开疆拓土,那么新兴科技之间的交互则是强强联合。新兴科技之间很少画地为牢、单打独斗,两项甚至多项技术的跨界融合发展成为一种普遍趋势。在这些资源整合的过程中,机器人与3D打印技术结合最为紧密,成为高科技取长补短、互利共赢的典范。

      机器人制造融入3D打印技术

      随着人工智能和机器人技术的不断发展,机器人将在社会分工中扮演越来越重要的角色,直至极具危险性和重复性的工作都将由机器人来完成。因此,相较于传统机器人,打造出相近于人体形态特征的机器人将具有明显优势。首先,已被证实的是,模仿人体骨骼肌系统可以打造出敏捷、灵活并稳固的机器人。此外,仿人机器人使得人与机器的互动极大易化,且更直观而自然。几百年来,人们都在努力使环境更适应需求,而仿人机器人可以更好地融入这一环境,从而降低适应成本。此外,打造与人体结构相兼容的机器人还将有助于运用外骨骼和修复术等手段,增强或修复人体活动性能。

      可见,在某些领域,机器人代替传统人工方式是解放劳动力、提高生产效率的必然选择。而3D打印将在机器人的开发、制造环节大显身手,甚至扮演机器人的创造者、守护者的角色。

      剑桥大学的科学家们发明了一种可以在钢琴上弹奏《铃儿响叮当》的机械手。这款手臂是使用3D打印技术将软硬聚合物结合在一起,模拟真实人手的骨骼和韧带。该项目的目标是了解人体的智能机械设计,这些设计有助于在大脑活动控制之外的“智能行为”。通过他们的机械手,能够探索物理设计的重要性。

      来自新加坡的科学家们为了解决3D打印机打印出来的巨大全尺寸混凝土结构难以在建筑工地安装的问题,研发出了一种可打造出混凝结构的3D打印可移动机器人。这些轮式机器人台都配有一软管驱动、可挤出湿混凝土的机械臂。它们由一张计算机地图引导,然后通过一种算法进行工作划分,进而使得彼此在运动的过程中不会碰到对方。目前,这些机器人8分钟即可打印出1.86x0.26x0.13米的混凝土结构。不过它需要两天的时间变硬、一周的时间达到所需的强度。

      美国陆军研究实验室(ARL)与明尼苏达大学合作,对软体机器人进行探究。但是软体机器人必须拥有高度的结构灵活性和分配控制,才能潜移默化地进入受限的空间内。需要长时间对其进行操作指控,来模拟生物的形态、培养机器人对环境适应性。研究的重要突破口是新一代3D打印技术的提升。制造Octobot机器人使用3D打印技术是为了让Octobot完成密封定型,其他部分都需要手动制作完成。而此次的软体机器人所需的配置都可以由3D打印技术完成。

      机器人“反哺”3D打印

      在数字时代,机器人融入千变万化的3D打印技术,如虎添翼。从大型主机与桌面系统的发展,计算机传感功能的出现,嵌入技术的产生,物理上拥有的微型计算能力到机器人,到可编程的物质领域,计算机运算当中发生很大的变化。3D打印对机器人制造和养护贡献巨大,相应地,机器人也“反哺”了它的创造者与守护者,提高了3D打印的效率。

      3D打印虽然在物品制造方面无所不能,但是在打印过程中消耗了不少人力,比如打印出零件后,需要用人工进行打磨、钻孔、修剪等,仍然耗费着大量的人力和物力,成为3D打印与自动化生产的一大阻力。而美国智能家电供应商iRobot似乎已经解决了这一问题,该公司申请了一个叫做“全自动化机器人3D打印机(fullyautomatedrobotic3Dprinter)”的专利,在不需要耗费人力的情况下可以完成零件的打印。

      Yeliz Karadayi设计了一个带有小机器人臂并且有触觉交互的3D打印笔,帮助用户不偏离想画的图纸。机器人臂知道目前具体在3D空间的哪一点,因此它知道现在是不是快要与3D打印物体交汇了。大部分时间,机器臂都处于重力补偿模式,但是如果有人试图把它移动到一个虚拟物体的内部,它会启动马达阻止。通过机械臂的辅助,可以使用3D打印笔完美地创作出想要的画作。

      康奈尔大学信息科学博士生Huaishu Peng和他的研究团队使用机器人助手在AR中进行3D打印。AR和机器人的结合使设计师能够使用刚打印的部件来设计他们的下一个功能。设计人员甚至可以直接在现有物理对象上进行设计和打印。这缩小了设计和制造之间的过程。AR CAD编辑器附带的打印机具有几个独特的功能,可以创建一种直观且毫不费力的建模体验。在编辑器附近,用户可以手动控制机器人打印臂并使用运动控制设计其对象。用户可以自由地抓住平台并在任一方向上旋转他们的模型。手臂将自动保持在远离用户的安全距离,确保每次体验的安全。如果用户离开机器,系统将使用其自动模式版本并根据提供的数字参考完成项目本身。

      结束语:3D打印技术与机器人技术的强强联合,是智能制造“新造物”时代的缩影。无论是3D打印制造机器人,还是机器人操作3D打印,这些技术融合都带来了优势互补、事半功倍的良好效果。

      未来,机器人与3D打印技术的结合将更加紧密,业内人士憧憬会出现这样一种画面:3D打印负责打印零件,机器人负责装配,二者或串联或并联在同一个设备内。机器人与3D打印配合实现自动化生产线、系统集成。随着科技研发的进步,更多的3D打印+机器人的新方法、新产品将逐渐走进人们的视野。

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