Innovating with Farsoon.English中文 E-mail:info@farsoon.com 服务热线:400-055-2155 
站内搜索: 资讯
新闻活动
NEWS
您现在的位置:首页新闻活动公司新闻 > 华曙高科金属3D打印携手欧特克衍生式设计助力2019机甲大师赛

华曙高科金属3D打印携手欧特克衍生式设计助力2019机甲大师赛

浏览次数: 日期:2019-08-12
应用背景:
机器人技术是一门涉及机械工程、控制系统、材料科学和信息技术等传统领域的多学科交叉技术,新一代机器人技术已扩展至计算机科学、仿生学和先进制造等科学领域。RoboMaster机甲大师赛是一个为全世界青年工程师打造的机器人竞技平台,提供学习创新机会,并获得宝贵的机器人大赛实践技能和战略思维。华南理工大学(SCUT)机器人创新实验室团队(以下简称“华南虎战队”)第5次出征机甲大师赛,自2017年以来共赢得两届冠军。2019年,共有173支团队报名参加机甲大师赛,其中华南虎战队不断寻求全新的机器人设计和制造解决方案,实现从设计到制造工作流程的效率质量全方位提升。华南虎战队青年工程师采用Autodesk欧特克软件和华曙高科增材制造技术抓住了制胜机会。
 
面临挑战:
华南虎战队主要面临3项挑战:设计迭代、减重和强度要求。每年机甲大师赛都会发布不同参赛规则,参赛团队需在8个月内自主研发符合参赛要求功能的机器人,在指定的比赛场地内进行战术对抗,操纵机器人发射弹丸攻击对方机器人和基地。为了实现机器人的最佳性能,参赛团队需进行4-5次复杂的“设计—构建—测试”迭代,每个迭代周期均包含机械设计、动态分析、结构分析、组装、编程、测试等流程。
 
华南虎战队研发的重点是机器人云台,是连接底盘移动系统和上部发射机构的重要部件。机器人云台在比赛时需要进行一系列快速而复杂的动作,例如转向、瞄准和射击,减重是实现其最佳性能的关键。另一方面,机器人在比赛中会遭遇各种极端情况,包括正面碰撞、子弹冲击、大幅振动等。作为机器人设计结构中的关键部件,机器人云台必须具有极强的机械性能,避免在比赛场地内遭受任何损伤而退赛。
 
由于传统CNC制造方式的限制,原机器人云台组装部件多达27个,组装后云台总重量高达295克,导致机器人对信号的响应速度和移动速度很慢。此外,云台属于多部件组装结构,导致机器人云台总体机械强度不足,容易在猛烈撞击时产生损伤(如图1)。
 
解决方案:
2019年初,华南虎战队开始采用Autodesk软件华曙高科增材制造技术优化设计和制造过程。增材制造技术为实现最适合机器人应用的复杂结构提供了无与伦比的设计自由度。
 
衍生式设计是Autodesk Fusion360软件的一项强大功能,设计团队输入机器人云台的不同工况和极限条件,生成多种满足设计需求的方案以探索不同材料,加工方式的产品形态和性能。通过输入多种典型工况,例如云台在比赛时产生的对设计部件的极限冲击载荷,定义多种生成设计选项,例如重量限制(轻量化目标)、工程材料(包括树脂、尼龙、铝合金等)、安全系数(设定为最高等级8)以及制造方式(CNC、铣削、增材制造)等,以保证比赛时机器人云台的最佳表现。所有设计方案均经过设计团队的逐一研究比对,最终选择出最佳设计方案(如图2)。华南虎团队初步选择3种生成设计,采用不同材料和制造方式进行组装及现场验证:光敏树脂(光固化成型)、尼龙PA6(尼龙激光烧结成型)和铝合金(金属激光烧结成型)。光敏树脂和尼龙PA6云台在进行现场冲击测试时发生损坏和断裂,而由华曙 FS271M金属激光烧结技术制造的AlSi10Mg铝合金机器人云台以其优异的机械强度、耐用性和表现脱颖而出(如图1)。
 
图1:机器人云台原设计方案及采用Autodesk Fusion 360软件生成的衍生式设计解决方案
 
衍生式设计和增材制造技术的完美结合颠覆了传统设计理念,短时间内即完成设计制造最佳结构部件,不受传统制造方式和材料的限制。
 
图2: Autodesk Fusion 360软件:探索并对比多种设计方案
 
应用结果:
机器人云台经过增材制造设计优化后重量仅170克,与原CNC工艺加工件相比,重量减少42%。机器人云台重量越轻,机器人对信号的响应速度越快,比赛时的机动性也越好。同时,增材制造技术实现一体成型,将27个部件减少为1个,减少材料损耗。此外,通过生成桁架支撑结构提高了机械强度,因此在保证结构完整性的同时减少了机器人质量。
 
增材制造工作流程有助于加快从研发到制造过程的设计迭代。传统的工程师设计受到自身经验的限制,而衍生式设计采用云计算来帮助生成和迭代最佳设计结果。与传统制造方式相比,增材制造技术可以在2天内打印2套机器人云台(如图3),简化了工作流程,提高了生产效率,同时为机器人应用提供最佳解决方案。
 
图3:华曙FS271M设备打印的机器人云台
 
快速设计迭代有助于华南虎战队更高效地开展项目工作,同时降低材料和制造成本。今年,华南虎战队采用增材制造显著降低了研发成本,例如,机械组的设计迭代总成本降低了80%,而在以前是无法实现的。
 
华南虎战队于2019年5月23日参加了RoboMaster机甲大师(华南赛区)赛。增材制造技术优化后机器人云台的优化设计和稳定性能,助力华南虎战队在激烈竞争中赢得冠军(如图4)。
 
图4:华南虎战队机器人在赛中使用3D打印机器人云台,赢得RoboMaster机甲大师赛华南赛区冠军
 
“衍生式设计和增材制造技术为传统制造方式开拓了新局面,”华南理工大学机械与汽车工程学院副教授、机器人创新实验室张东老师表示:“面对由材料限制和制造方式带来的设计挑战,增材制造技术帮助我们找到了最佳解决方案,缩短设计周期,降低制造成本。虽然此次我们只针对一个部件进行着重设计,实现了一体成型和减重42%,但是当你追求完美的竞技状态,未来实现每一个部件的优化设计都是必要的。虽然创新之路令人兴奋,但也充满挑战,我们坚信只有通过创新,我们才能创造不同。”
 
关于RoboMaster机甲大师赛:
RoboMaster机甲大师赛是一个为全世界青年工程师打造的机器人竞技平台,提供学习创新机会,并获得宝贵的机器人大赛实践技能和战略思维。机甲大师赛由消费级无人机制造商DJI大疆创新发起并承办,作为全球首个射击对抗类机器人比赛,正逐步成为最具影响力的机器人竞赛。该赛事旨在将最前沿科技融入机器人技术领域,包括机器视觉、嵌入式系统设计、机械控制、惯性导航、人机交互等众多机器人相关技术学科。更多详细信息,请访问:https://www.robomaster.com/zh-CN
 
关于华曙高科:
华曙高科是工业级3D打印领航企业,于2009年由拥有20多年增材制造经验的行业先驱许小曙博士创立,是一家工业级高分子和金属激光烧结系统全系列解决方案供应商。华曙高科拥有一支世界级的专家团队,在电气/机械工程、激光、扫描光学、热控制、材料开发和应用工程方面具有丰富的经验。华曙具有清晰的企业愿景和核心承诺——致力于“开源”平台系统的创建,通过开源设备、材料、参数和应用加速3D打印产业化。更多详细信息,请访问:http://www.farsoon.com/main.html
 
关于Autodesk(欧特克):
Autodesk(欧特克)是三维设计、工程设计及娱乐软件的领导者。企业愿景为助您放飞创意,实现无限精彩。欧特克成立于1982年,总部位于旧金山湾区,在全球拥有9000多名员工,常年被票选为最佳工作场所之一。欧特克专注于创新与协作,推崇包容性环境以及对工作和生活的平衡。更多详细信息,请访问:https://www.autodesk.com/
 
关于华南理工大学机器人创新实验室:
华南理工大学机器人创新实验室于2000年11月在机械与汽车工程学院成立,致力于培养高素质创新、创业人才,通过团队合作提高创新及工程技术能力。近年来,该团队参加多项国际性赛事并获奖,赢得2017年和2018年全国RoboMaster机甲大师赛冠军。该团队共提交335项国家专利申请,授权146项。同时,该实验室已孵化8家创业公司,培养500多名机电一体化人才。更多详细信息,请访问:https://www.robomaster.com/zh-CN/resource/pages/906

所属类别: 公司新闻

该资讯的关键词为:机甲大师赛  华南虎战队  增材制造  3D打印  Autodesk  机甲大师