为模块化机器人平台设计受自然启发的组件

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新迪3D® 软件使 Ross Robotics 设计工程师能够创建可重新配置的地面机器人。

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，像放射性区域的蟑螂一样坚韧。得益于精密、紧密集成的产品开发工具，这些机器人系统不再只是工程幻想；它们正在成为从农业到国防等行业的现实。

Ross Robotics 成立于 2015 年，设计和制造受自然世界启发的模块化地面机器人。其方法的不同之处在于其机器人模块可以组合在一起并且可以通过多种方式进行配置。这种名为 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 摄像头、红外摄像头和运动探测器的安全机器人，到可以在危险位置导航的自主机器人。

虽然典型的构建块系统限制用户在两个或三个方向上连接部件，但 Robosynthesis 平台没有这样的限制。谢谢 新迪3D 设计和开发软件 Philip Norman，Ross Robotics 的联合创始人兼首席技术官 (CTO)，根据轴向和正交重新定位原理设计了该系统的几何形状。换句话说，最终用户可以以任何角度将组件装配在一起，并且由此产生的复合角度是无限可调的。 “我们的机器人可能看起来都不同，但它们使用相同的部件，”诺曼解释道。 “这种能力让我们可以根据需要组装和重新组装现成的机器人用于不同的目的。”

新迪3D 从概念到现实

二十年前，诺曼在法国生活时构思了 Robosynthesis 平台。当时，一位工程师朋友将 Norman 介绍给了 Solid Edge，他们一起探索了一种新的建筑玩具。 “这是一个启示，”诺曼说。 “最初是一个梦幻般的智力想法，突然变得清晰明了。我探索 Solid Edge 的次数越多，我发现的功能就越多。”

使用 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，然后挤压绘图以创建一个 3D 形状——将零碎的零件组合在一起以创建一个装配体。 “我会更新一个零件，然后软件会自动更新整个装配体，”Norman 说。 “那是纯粹的喜悦。最重要的是，我可以分解一个程序集并随时重新开始。随着我对软件变得更快和更有信心，有很多小小的‘尤里卡！’时刻。”

诺曼的想法不断发展。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，一位家庭成员的建议将诺曼引向了模块化机器人领域。 “我的主要挑战是创建和构建一个可以将多个组件连接在一起并旋转的零件，”诺曼说。

通过简单实现复杂性

Norman 的解决方案是一种可以固定在任何方向的通用连接器。作为 Robosynthesis 平台的一个关键方面，这款获得专利的连接器让用户无需任何技术专长即可轻松更改和更新 Ross Robotics 系统。该公司当前的连接器迭代称为 Slimline，使用斜螺旋弹簧，配合时厚度仅为 7.5 毫米。 Slimline 的每一半都由选择性金属化聚合物形成，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本质上是坚固的。

Ross Robotics 的其他设计里程碑包括可实现数据传输、通信和充电的特殊插头，以及 CLAWWS™ Wheels，其灵感来自于蹼鸭足，可增加机器人在困难环境中的牵引力和攀爬能力。

“为我们的模块化系统找到精确的几何形状需要很长时间，”Norman 承认。 “但使用 Solid Edge，我从来没有陷入困境。我会探索零件的一个版本，保存它，然后尝试另一个版本。保持我所有的选择开放真的很有帮助。”得益于软件的同步建模技术，Norman 还节省了时间。过去他必须为某些任务安排一整天的预算，而使用 Solid Edge，他能够在几个小时内完成相同的任务——时间减少了 75%。

诺曼从动物王国中汲取灵感，将罗斯机器人设计为具有低重心以保持稳定性，以及用作阻尼器并防止翻转的尾巴。其他组件特意具有弹性和灵活性，使机器人更加灵活和有弹性。所有组件均使用计算机数控 (CNC) 机器制造，然后采用不同的塑料进行真空铸造 - 一种刚性且具有成本效益的材料。

然后将塑料涂上一层精细的金属，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，可制造出更坚固、更轻且成本更低的部件。 “材料科学对我来说是一条全新的学习曲线，”诺曼说。 “但多亏了 Solid Edge，我学到了很多关于它的知识——比如如何设计部件以提高强度和灵活性。”

功能特色，优雅设计

Norman 的目标之一是确保 Robosynthesis 模块化平台易于未经培训的最终用户理解和使用。因此，该平台在工业组装阶段不需要任何螺栓连接；一切都压在一起并发出咔哒声。自采用 Solid Edge 以来的其他好处包括：

• 轻松开发各种组件
• 在某些任务上节省 75% 的时间
• 未经培训的最终用户易于组装
• 潜在客户的积极反馈
• 制作高质量工程图纸的能力
• 渲染产品图像以支持早期营销工作的能力

“创作过程以神秘的方式运作，”诺曼说。 “一个巨大的挑战是看看一个概念可能会走向何方——这并不容易。”然而，由于 Norman 的决心，Robosynthesis 平台拥有许多专利，现在在排雷、农业和基础设施维护等应用方面引起了政府、商业和慈善机构的浓厚兴趣。

“我们的机器人实际上只是组件，”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： //www.siemens.com.etc47.top/robotics-design.

由西门子 Solid Edge 赞助