3D打印高強(qiáng)鋁機(jī)器人手臂，登上《自然》封面，戰(zhàn)勝人類運(yùn)動員！

3D打印技術(shù)參考注意到，最新一期nature雜志，以封面文章刊登了索尼人工智能機(jī)器人Ace，在真實(shí)環(huán)境中與高水平乒乓球運(yùn)動員對戰(zhàn)的研究。

這是一臺有8個自由度的機(jī)械臂，其連桿經(jīng)過拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，采用Scalmalloy鋁合金和3D打印技術(shù)制造，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時盡可能減輕了連桿的質(zhì)量。

這場比賽的結(jié)果是，機(jī)器人在對陣兩名職業(yè)選手時，雖整體落敗，但也贏下1局；而在對陣有10年以上訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)的精英選手時，它以3:2的成績勝出。

報(bào)道指出，乒乓球運(yùn)動所要求的閃電般的反應(yīng)速度、感知能力和技巧，一直是檢驗(yàn)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展程度的最嚴(yán)峻的考驗(yàn)之一。

Ace通過相機(jī)感知系統(tǒng)、深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)與優(yōu)化控制相結(jié)合，在實(shí)時、高動態(tài)、對抗性的物理游戲中首次超越人類運(yùn)動員，因此被譽(yù)為是機(jī)器人領(lǐng)域的一個重要里程碑。

在這里我們?nèi)匀魂P(guān)注本行業(yè)所在意的材料、結(jié)構(gòu)和工藝。

文章中明確提到連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化，這里指的是鏈接關(guān)節(jié)之間的剛性機(jī)械臂段，屬于承力結(jié)構(gòu)件。為實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)能夠高速、精準(zhǔn)地做出實(shí)時反饋，系統(tǒng)減重就非常重要。

拓?fù)鋬?yōu)化因此是必要的手段，它在給定的實(shí)際空間、負(fù)載和約束條件下，通過優(yōu)化材料分布，最終使機(jī)械臂在保證結(jié)構(gòu)剛度的前提下，盡可能的減少材料用量。

重量越輕， 機(jī)器人高速、高動態(tài)運(yùn)動的慣性就越小，進(jìn)而能夠提高響應(yīng)速度和運(yùn)動靈活性。

從結(jié)構(gòu)圖可以看出，機(jī)械臂幾乎全部鏤空，拓?fù)鋬?yōu)化程度相當(dāng)徹底，再減就怕只能用點(diǎn)陣填充實(shí)體部分。

在材料上，Scalmalloy鋁合金屬于輕質(zhì)高強(qiáng)鋁， 室溫拉伸強(qiáng)度520MPa、屈服強(qiáng)度480MPa、延伸率13%，是一款專為增材制造而開發(fā)的材料，可謂綜合性能優(yōu)秀。

常與之相比較的，就是普通鋁合金AlSi10Mg，其抗拉強(qiáng)度僅300MPa，屈服強(qiáng)度僅200MPa，強(qiáng)度較低。雖然對于一般的應(yīng)用場合能使用，但是對于高承載應(yīng)力的結(jié)構(gòu)件應(yīng)用場合，則不能滿足要求。

通過結(jié)合拓?fù)鋬?yōu)化和Scalmalloy鋁合金， 機(jī)器人手臂 完美實(shí)現(xiàn)了整體結(jié)構(gòu)的高剛性和輕質(zhì)需求，對于實(shí)現(xiàn)靈活反饋提供了保障。

而對于制造技術(shù)來說，3D打印無疑是上述兩個關(guān)鍵因素的強(qiáng)綁定。該技術(shù)本身對于制造復(fù)雜、異形結(jié)構(gòu)具有天然的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)極小曲率特征制造。通過將“先進(jìn)設(shè)計(jì)+高性能材料+3D打印”綁定在一起，將為產(chǎn)品帶來性能的大幅提升。

這也讓筆者想起上周在北京舉辦的機(jī)器人馬拉松比賽，機(jī)器人重量直接影響電池續(xù)航、動作靈活性，對笨重的大家伙，取勝也比較困難。而實(shí)際上，確實(shí)有有一些知名“選手”在開發(fā)過程中使用了3D打印技術(shù)。

此前，Scalmalloy鋁合金是航空航天、衛(wèi)星、高端賽車應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵高端材料，被用于機(jī)器人領(lǐng)域的報(bào)道還比較少，也可看出未來的應(yīng)用潛力將非常巨大。目前，該材料已經(jīng)可以在國內(nèi)買到，中體新材已獲得這款產(chǎn)品的中國生產(chǎn)和銷售授權(quán)。

注：本文由3D打印技術(shù)參考創(chuàng)作，未經(jīng)聯(lián)系授權(quán)，謝絕轉(zhuǎn)載。

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