基于3D打印技術的自主拼裝機器人系統

蘇文斌 李鶴

沈陽工學院

基于3D打印技術的自主拼裝機器人系統

蘇文斌 李鶴

沈陽工學院

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，其開發過程繁瑣，需要用戶對軟件有基本掌握，不適于大眾開發。為了降低開發門檻、提高開發樂趣、將用戶的創意體現的淋漓盡致，我們開發了基于3D打印技術的自主拼裝機器人系統。

3D打印 自主拼裝機器人

1 引言

3D打印技術，是一種以數字模型文件為基礎，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造物體的技術。如今3D打印技術發展的速度很快，應用領域很廣，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。

該系統的想法借鑒了當下最火熱的樂高益智拼裝積木的設計，將可能用到的所有零件，存放于數據庫中，在設計的過程中，用戶直接調用零件，進行創意拼裝。完成設計后，用戶可以通過設備的Wi-Fi信號、串口等傳輸到3D打印機中，進行打印。通過本系統，可以讓用戶快速的設計、打印、搭建、定制自己心目中的創意產品。

2 背景及研究意義

2.1 系統背景

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

目前國內僅有簡單的3D打印項目，設計工作繁瑣，并不能讓用戶快速的設計定制自己的創意產品，而本系統克服了這些難點，模塊化設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品。

2.2 研究意義

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

圖1 系統結構功能圖

3 系統功能

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

具體功能包括：（1）設計拼裝功能：我們預先在數據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，然后根據自己的設計進行組裝。（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意。（3）隨時修改功能：在拼裝過程中，難免會出現靈光一現的想法和創意，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，可以讓開發者隨時修改設計中的不足。（4）模型導出功能：這款系統有兩種導出模式，導出的文件均適用于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 創新之處

（1）用戶開發簡單：用戶只需要像拼搭積木一樣，隨心所欲地開發自己想要的作品，大大地降低了以往操作制圖軟件的門檻。（2）龐大的零件數據庫：我們為用戶提供的零件庫，包含了眾多的零件，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節。我們保留了傳統的打印方式，可以直接打印出成品。

5 總結

該系統具有一定的前沿性、原創性，綜合運用了3D打印、虛擬現實等當前熱點技術，具有較好的市場應用前景。

蘇文斌，男，本科在讀，研究方向為嵌入式開發。

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