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Ross Robotics執(zhí)行官談機(jī)器人技術(shù)的未來
從Solid Edge到前沿：Ross Robotics執(zhí)行官Philip Norman談機(jī)器人技術(shù)的未來
Ross Robotics執(zhí)行官 Philip Norman用紙筆煉就了出色的繪圖技能。作為一名前藝術(shù)家，他現(xiàn)在用Siemens PLM Software提供的Solid Edge來進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且取得了多項(xiàng)設(shè)計(jì)。
1898年，在設(shè)計(jì)科洛尼亞古埃爾教堂時(shí)，安東尼•高迪用細(xì)繩做了一個(gè)倒置模型，用鉛垂壓低，以便看到懸鏈線形拱。這是已知zui早、zui杰出的參數(shù)化設(shè)計(jì)經(jīng)典之一。
Philip Norman不僅是的藝術(shù)家和發(fā)明家，也是Ross Robotics的創(chuàng)始人。他現(xiàn)在設(shè)計(jì)的不是一個(gè)倒置大教堂，也不使用細(xì)繩。不過，他與高迪一樣精于參數(shù)化設(shè)計(jì)，并且像高迪一樣，他的設(shè)計(jì)將帶來顛覆性影響：機(jī)器人。
盡管他使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件 – Siemens PLM Software公司提供的Solid Edge – 不過，很長(zhǎng)一段時(shí)間，他不使用細(xì)繩，而是使用鉛筆和紙張，甚至有一次還用到了木頭和鑿子。作為一個(gè)藝術(shù)家，一切看起來順利成章。
Philip Norman曾經(jīng)當(dāng)過建筑工、漫畫家、陶藝師和兒童讀物插畫師，現(xiàn)任Ross Robotics研發(fā)總監(jiān)。他的創(chuàng)造力如泉水般涌現(xiàn)，不斷追求設(shè)計(jì)，為了追求夢(mèng)想，他放棄了在法國(guó)南部的舒適生活 – 當(dāng)然，追求夢(mèng)想的道路上布滿了荊棘。
他不僅擁有很多項(xiàng)，而且還打造了一臺(tái)機(jī)器人（該機(jī)器人正在位于CERN的世界zui大粒子物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行），設(shè)計(jì)典雅簡(jiǎn)潔，數(shù)年的反復(fù)試驗(yàn)充分肯定了他的不懈努力；隨著遠(yuǎn)程傳感器和蓄電池技術(shù)的發(fā)展，他的模塊化、可重新配置、即插即用的機(jī)器人平臺(tái)顯得越發(fā)具有先見性。
泉涌般的創(chuàng)造力 – Ross Robotics公司的Philip Norman在計(jì)算機(jī)旁
在拜訪他位于倫敦西部的辦公室期間，他特別強(qiáng)調(diào)了藝術(shù)背景對(duì)工程設(shè)計(jì)的重要性。他表示，“藝術(shù)家花大量時(shí)間工作，經(jīng)歷無數(shù)失敗的嘗試。這是很多其他行業(yè)所不允許的。不管是在商業(yè)、銀行業(yè)、還是工程領(lǐng)域，反復(fù)失敗是不可能持久的。藝術(shù)家98%的作品都會(huì)報(bào)廢，但只要2%的作品獲得成功，他們就會(huì)異常高興。”
那么，CAD是如何、以及何時(shí)成為該過程的一部分的呢？Norman笑道，“我曾經(jīng)手繪過一些設(shè)計(jì)，然后在一次聚會(huì)上把它們展現(xiàn)給一個(gè)工程師朋友看。他認(rèn)為我應(yīng)該學(xué)習(xí)Solid Edge。那天晚上我玩得很開心，幾乎把那件事忘得一干二凈，但我那位朋友向來一絲不茍，因此在凌晨十二點(diǎn)半左右他還精神百倍，打開手提電腦，堅(jiān)持要教我如何使用Solid Edge！”
他補(bǔ)充道，“讓我對(duì)Solid Edge如此著迷的是，你可以在三維環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、測(cè)試、組裝和修改，邊學(xué)邊用。Solid Edge基本上成了大腦的延伸。你可以導(dǎo)出文件，然后立即讓別人直接按照你的設(shè)計(jì)進(jìn)行制造，并且還能分析特定的零部件。Solid Edge是一款非常*、復(fù)雜的動(dòng)態(tài)程序，我可能只用了其中的皮毛而已。”
制造模塊化機(jī)器
那么，Norman到底創(chuàng)造了什么？他的可擴(kuò)展機(jī)器人平臺(tái)基于一個(gè)巧妙的三維模塊化框架，一個(gè)同軸物理/電力/數(shù)據(jù)連接器 – 只需插入后扭轉(zhuǎn)一下，就可以連接電力和數(shù)據(jù)流 – 一些巧妙的仿生牽引裝置，使得Ross Robotics的機(jī)器人能夠跋涉茂密荊棘，上、下樓梯，甚至游泳。他認(rèn)為這些機(jī)器人在救援、油氣和安保等各種領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。
隨著能夠監(jiān)測(cè)空氣、土壤和水質(zhì)量的遠(yuǎn)程傳感裝置、高分辨率攝像機(jī)等各種應(yīng)用的可得性不斷增加，以及成本的不斷下降，該平臺(tái)可以根據(jù)客戶需要進(jìn)行調(diào)整，不僅未經(jīng)培訓(xùn)的專業(yè)人士可以操作，而且 – 仍然向大自然借鑒學(xué)習(xí) – 其設(shè)計(jì)還能確保其“優(yōu)雅地退化”，或者說，確保其具備在一個(gè)零件被毀之后保持功能的能力。
有一臺(tái)機(jī)器人經(jīng)過大幅改裝后（可改裝性也是機(jī)器人的設(shè)計(jì)特征之一），現(xiàn)在位于CERN（歐洲核研究組織）的世界zui大粒子物理實(shí)驗(yàn)室中運(yùn)行。Norman解釋道，“大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的隧道長(zhǎng)度共計(jì)約50千米，隧道建在日內(nèi)瓦郊外一個(gè)山谷的沉積巖床內(nèi)，里面有大量需要由機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)的復(fù)雜設(shè)備。”
“對(duì)撞機(jī)的一些零件，尤其在運(yùn)行時(shí)，是生物禁入?yún)^(qū)，原因要么是后臺(tái)核輻射，要么是磁場(chǎng)。據(jù)我所知，這些磁場(chǎng)是地球上zui強(qiáng)的磁場(chǎng)。我們的機(jī)器人系統(tǒng)采用塑料/非磁性金屬化過程建造而成，基本上為非金屬和非磁性系統(tǒng)，可以在惡劣的條件（比如對(duì)撞機(jī)中的工況）下運(yùn)行。”
Norman補(bǔ)充道，“CERN已經(jīng)對(duì)我們的系統(tǒng)進(jìn)行了一些專業(yè)工程作業(yè)，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)滿足工作環(huán)境要求的能力（電路的特定部件和類型與其環(huán)境不兼容，而CERN非常明確具體要求是什么）。我們有一臺(tái)機(jī)器人已經(jīng)在CMS實(shí)驗(yàn)中執(zhí)行了遠(yuǎn)程監(jiān)控工作 – 正是該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)捕捉到了裝有攝像機(jī)、LiDAR掃描儀以及一些其它專業(yè)傳感器的Higgs Boson。該機(jī)器人為全自動(dòng)型，運(yùn)行時(shí)不需要人為控制器。”
構(gòu)件
這一經(jīng)歷的源頭，始于兒童積木的局限性給他帶來的苦惱。Norman在贊比亞長(zhǎng)大，后來到了法國(guó)，住在圖盧茲附近一個(gè)由谷倉(cāng)改造而成的房子里，開始對(duì)鑄補(bǔ)和建造產(chǎn)生濃厚的興趣，對(duì)游戲漸漸失去了興趣。
拿起一個(gè)看似簡(jiǎn)單的基本構(gòu)件之后，Norman盡力解釋其復(fù)雜性，“我當(dāng)時(shí)想設(shè)計(jì)一個(gè)能夠通過X、Y和Z面連接并鎖定其它零件、且不會(huì)造成死路的三維零件。”
他繼續(xù)說道，“真正難解的問題是的幾何形狀及其算數(shù)問題。在經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和無數(shù)次挫折之后，我開始意識(shí)到我的設(shè)計(jì)在幾何上有一個(gè)基本邏輯。后來我們發(fā)現(xiàn)，那就像是一種分形，有兩個(gè)等級(jí)：一個(gè)為黃金分割比例61.8%，另一個(gè)為100%。”
在Norman的諸多中，用以形容其*個(gè)的語(yǔ)言在一定程度上闡述了其設(shè)計(jì)意味，及其復(fù)雜性：“[連接器構(gòu)件]是導(dǎo)流板套組的一個(gè)基本構(gòu)件，該基本構(gòu)件經(jīng)過簡(jiǎn)單的組裝，即可以用來創(chuàng)建復(fù)雜的體積形狀…
“在調(diào)節(jié)器構(gòu)件軸與連接器構(gòu)件底座中軸向空心圓柱錐體之間創(chuàng)建的裝配構(gòu)成了滑動(dòng)樞軸的一個(gè)連接件，允許進(jìn)行可逆轉(zhuǎn)裝配。因此，兩個(gè)連接器構(gòu)件之間或者一個(gè)連接器構(gòu)件和一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件之間的軸向連接件允許旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)——正因如此，用這兩個(gè)構(gòu)件創(chuàng)建的裝配也可能進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。”