创想智造3D打印手板模型加工

标题: 工程师使用3D打印技术开发出可行走的机器人 [打印本页]

作者: 3D新闻 时间: 2016-11-30 15:10
标题: 工程师使用3D打印技术开发出可行走的机器人
当说到3D打印的玩具，设计师们似乎变得越来越聪明了。很多人会把自己小时候喜欢玩的玩具重新3D打印出来，但也有些人设计出了全新的玩具，这其中就包括一位叫做Jeffrey Kerr的工程师，他玩3D打印机已经有两年的历史了。

通常，当为3D打印而进行建模的时候，Kerr不喜欢采用典型的设计，用我们的话说就是不走寻常路。他喜欢创造一些很好玩的功能对象。“当我还是一个工程专业的学生时，另一位学生John Jameson递给我一个陌生的机械结构，是他设计的，问我能猜出它是什么。”Kerr解释说，“我研究了一下，很快就猜出来了（某种能走路的玩具），但随后他上了发条，这个机械装置的动作让我目瞪口呆。那还是1981年的事，从那时起我就一直想自己也做一个。”

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而今由于3D打印技术的存在使得Kerr得偿心愿，他在时隔34年之后制作出了这个玩具非常精确的复制品，Kerr将其叫做Gyroman。这个装置，用一个纺丝陀螺仪驱动一对脚上下蹬踏，而为了增加飞轮的质量，Kerr还往里面塞了104个便士的硬币。

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Kerr在重新开发时对原有的设计进行了精简，原因是原来的设计太复杂，使用了太多细小的齿轮和联轴器。通过3D打印，Kerr进行了一些重新设计，但是其功能并没有太大的变化。据了解，他选择重新设计的第一个部分是齿轮减速。它需要大约50：1的减速比，而这个减速比Kerr使用一个2级O型圈带传动就能完成。

“O型圈的容错性能非常好，所以3D打印精度完全没问题。”Kerr解释说。“不过，它们在效率上并不是太出色，而且我很担心，它们会不会消耗掉太多飞轮的能量。不过看起来它们似乎工作的还不错。我从根本上重新设计的第二个部分是对腿部的联动驱动。原来的设计使用的是空间四杆机构。而我更倾向与使用凸轮型机构。这样我用两个平行圆盘就能将其封装在一起。”

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这中间的难点在于搞清楚飞轮质量、链路长度和RPM是一个什么样的比例关系才能实现Gyroman的步行。当年他的朋友John Jameson为了弄清楚这一点进行了大量的数学演算。而这次，Kerr为了找出正确的比例选择了实验。

Gyroman中所有的部件都是Kerr用SolidWorks软件设计的，并在3D打印时使用了加热床，以确保变形最小。
“当我最终把它做出来时极其高兴。”Kerr说，“我还拿着它给John Jameson看了。当时他是为了拿这个参加一个美泰玩具的比赛，后来他赢了，美泰公司随后以此为基础又做出了一个玩具原型。但是在测试中，所有的大人都认为这很吸引人，孩子们却不太感冒，并认为它又是一个会走路的发条玩具。尽管最终Tomy（日本）公司还是把它生产了出来，但它在美国的销量并不大。John很高兴看到Gyroman能够再次行走，尽管它是3D打印的。”

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尽管大多出部件都是3D打印的，但Gyroman还需要大约10美元(硬币)来作为它的附加部分。目前Kerr还在探索如何增加Gyroman的行走时间，但总体上对它的表现还是很满意的。对于这个玩具的实际工作原理，Kerr解释说：

“这里面有一个陀螺仪以几千RPM的转速在旋转，并通过齿轮驱动一对腿围绕着一个枢轴上下转动。如果你曾经玩过玩具陀螺，你就知道，如果你用绳子的一端绕着陀螺一拉，它不会翻倒而是保持水平并在在绳子的周围“旋进”。如果从另一端拉它的话，它就会向相反的方向“旋进”。行走机构就利用这个属性。当一只脚向下，身体会保持直立并开始在一个方向上旋进。当另一只脚落下时，身体会向相反的方向旋进，使其向前行走。”

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