基于3D打印技術(shù)的自主拼裝機器人系統(tǒng)

蘇文斌 李鶴

沈陽工學(xué)院

基于3D打印技術(shù)的自主拼裝機器人系統(tǒng)

蘇文斌 李鶴

沈陽工學(xué)院

目前，3D打印機識別的文件都是由用戶在電腦上用CAD、SolidWorks等制圖軟件建模而成的，其開發(fā)過程繁瑣，需要用戶對軟件有基本掌握，不適于大眾開發(fā)。為了降低開發(fā)門檻、提高開發(fā)樂趣、將用戶的創(chuàng)意體現(xiàn)的淋漓盡致，我們開發(fā)了基于3D打印技術(shù)的自主拼裝機器人系統(tǒng)。

3D打印 自主拼裝機器人

1 引言

3D打印技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。如今3D打印技術(shù)發(fā)展的速度很快，應(yīng)用領(lǐng)域很廣，人們可以用它來制造生活用品、服裝、建筑模型、汽車、巧克力甜品等。

該系統(tǒng)的想法借鑒了當下最火熱的樂高益智拼裝積木的設(shè)計，將可能用到的所有零件，存放于數(shù)據(jù)庫中，在設(shè)計的過程中，用戶直接調(diào)用零件，進行創(chuàng)意拼裝。完成設(shè)計后，用戶可以通過設(shè)備的Wi-Fi信號、串口等傳輸?shù)?D打印機中，進行打印。通過本系統(tǒng)，可以讓用戶快速的設(shè)計、打印、搭建、定制自己心目中的創(chuàng)意產(chǎn)品。

2 背景及研究意義

2.1 系統(tǒng)背景

近年來，國內(nèi)3D打印技術(shù)的發(fā)展不僅成為國家政策的關(guān)照點，3D打印機廠家也不斷地擴大自己的市場份額，面對目前的國內(nèi)市場，迫切的普及心理，簡潔的開發(fā)方式已然是3D打印機廠家勢在必行的探索領(lǐng)域。

目前國內(nèi)僅有簡單的3D打印項目，設(shè)計工作繁瑣，并不能讓用戶快速的設(shè)計定制自己的創(chuàng)意產(chǎn)品，而本系統(tǒng)克服了這些難點，模塊化設(shè)計庫等功能讓普通的用戶也可以快速定制自己的機器人產(chǎn)品。

2.2 研究意義

具有很好的市場推廣前景，突破了傳統(tǒng)3D打印軟件對繪圖設(shè)計能力要求較高的限制，我們的產(chǎn)品可以讓普通人快速掌握3D打印機器人的開發(fā)技術(shù)，尤其適合于教育機器人市場，有助于培養(yǎng)中小學(xué)生的開拓性思維和創(chuàng)造力。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能圖

3 系統(tǒng)功能

用戶可以利用所提供的零件積木，進行創(chuàng)意拼接，然后在線展示，用戶如果覺得不滿意，可以任意更改，最終導(dǎo)出你最滿意的一款進行打印。

具體功能包括：（1）設(shè)計拼裝功能：我們預(yù)先在數(shù)據(jù)庫中存放用戶所需要的零件，需要時只需輕輕拖拽出所需要的零件，然后根據(jù)自己的設(shè)計進行組裝。（2）在線展示功能：用戶可以在線編輯動作指令，展示自己的作品，也可以通過視頻錄制功能錄制展示視頻，分享到朋友圈中，與朋友一起分享你的創(chuàng)意。（3）隨時修改功能：在拼裝過程中，難免會出現(xiàn)靈光一現(xiàn)的想法和創(chuàng)意，我們提供的修改功能，會記錄拼裝的步驟，無論在哪一步修改，都不會不影響已完成的部分，可以讓開發(fā)者隨時修改設(shè)計中的不足。（4）模型導(dǎo)出功能：這款系統(tǒng)有兩種導(dǎo)出模式，導(dǎo)出的文件均適用于3D打印機。第一種模式是直接將成品完整地打印出來；第二種模式是打印成品中的所有零件，之后手動拼裝。

圖2 拼接機器人示意圖

4 創(chuàng)新之處

（1）用戶開發(fā)簡單：用戶只需要像拼搭積木一樣，隨心所欲地開發(fā)自己想要的作品，大大地降低了以往操作制圖軟件的門檻。（2）龐大的零件數(shù)據(jù)庫：我們?yōu)橛脩籼峁┑牧慵欤吮姸嗟牧慵?，供用戶選擇。（3）在線編程展示：用戶通過這一功能，可以看到自己設(shè)計的作品動畫效果。（4）展示分享：用戶可以將作品的動畫效果錄制下來，分享到朋友圈中。（5）打印模式選擇：我們加入了零件打印功能，打印出拼裝所需的零件，為用戶提供一個手動拼裝的環(huán)節(jié)。我們保留了傳統(tǒng)的打印方式，可以直接打印出成品。

5 總結(jié)

該系統(tǒng)具有一定的前沿性、原創(chuàng)性，綜合運用了3D打印、虛擬現(xiàn)實等當前熱點技術(shù)，具有較好的市場應(yīng)用前景。

蘇文斌，男，本科在讀，研究方向為嵌入式開發(fā)。

李鶴（通訊作者），男，沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院專業(yè)教師，研究方向為人工智能，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。