從Solid Edge到前沿：Ross Robotics執(zhí)行官Philip Norman談機器人技術(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來進行設(shè)計，并且取得了多項設(shè)計。 

1898年，在設(shè)計科洛尼亞古埃爾教堂時，安東尼•高迪用細(xì)繩做了一個倒置模型，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)計的不是一個倒置大教堂，也不使用細(xì)繩。不過，他與高迪一樣精于參數(shù)化設(shè)計，并且像高迪一樣，他的設(shè)計將帶來顛覆性影響：機器人。 

盡管他使用計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件 – Siemens PLM Software公司提供的Solid Edge – 不過，很長一段時間，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，為了追求夢想，他放棄了在法國南部的舒適生活 – 當(dāng)然，追求夢想的道路上布滿了荊棘。 

他不僅擁有很多項，而且還打造了一臺機器人（該機器人正在位于CERN的世界zui大粒子物理學(xué)實驗室運行），設(shè)計典雅簡潔，數(shù)年的反復(fù)試驗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、即插即用的機器人平臺顯得越發(fā)具有先見性。

泉涌般的創(chuàng)造力 – Ross Robotics公司的Philip Norman在計算機旁

在拜訪他位于倫敦西部的辦公室期間，他特別強調(diào)了藝術(shù)背景對工程設(shè)計的重要性。他表示，“藝術(shù)家花大量時間工作，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%的作品都會報廢，但只要2%的作品獲得成功，他們就會異常高興。” 

那么，CAD是如何、以及何時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，然后在一次聚會上把它們展現(xiàn)給一個工程師朋友看。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，因此在凌晨十二點半左右他還精神百倍，打開手提電腦，堅持要教我如何使用Solid Edge！” 

他補充道，“讓我對Solid Edge如此著迷的是，你可以在三維環(huán)境下進行設(shè)計，并對其進行實時分析、測試、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)計進行制造，并且還能分析特定的零部件。Solid Edge是一款非常*、復(fù)雜的動態(tài)程序，我可能只用了其中的皮毛而已。” 

制造模塊化機器 

那么，Norman到底創(chuàng)造了什么？他的可擴展機器人平臺基于一個巧妙的三維模塊化框架，一個同軸物理/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)測空氣、土壤和水質(zhì)量的遠(yuǎn)程傳感裝置、高分辨率攝像機等各種應(yīng)用的可得性不斷增加，以及成本的不斷下降，該平臺可以根據(jù)客戶需要進行調(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)計還能確保其“優(yōu)雅地退化”，或者說，確保其具備在一個零件被毀之后保持功能的能力。 

有一臺機器人經(jīng)過大幅改裝后（可改裝性也是機器人的設(shè)計特征之一），現(xiàn)在位于CERN（歐洲核研究組織）的世界zui大粒子物理實驗室中運行。Norman解釋道，“大型強子對撞機的隧道長度共計約50千米，隧道建在日內(nèi)瓦郊外一個山谷的沉積巖床內(nèi)，里面有大量需要由機器人進行監(jiān)控和維護的復(fù)雜設(shè)備。” 

“對撞機的一些零件，尤其在運行時，是生物禁入?yún)^(qū)，原因要么是后臺核輻射，要么是磁場。據(jù)我所知，這些磁場是地球上zui強的磁場。我們的機器人系統(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（比如對撞機中的工況）下運行。” 

Norman補充道，“CERN已經(jīng)對我們的系統(tǒng)進行了一些專業(yè)工程作業(yè)，進一步增強了系統(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）。我們有一臺機器人已經(jīng)在CMS實驗中執(zhí)行了遠(yuǎn)程監(jiān)控工作 – 正是該項實驗捕捉到了裝有攝像機、LiDAR掃描儀以及一些其它專業(yè)傳感器的Higgs Boson。該機器人為全自動型，運行時不需要人為控制器。” 

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在贊比亞長大，后來到了法國，住在圖盧茲附近一個由谷倉改造而成的房子里，開始對鑄補和建造產(chǎn)生濃厚的興趣，對游戲漸漸失去了興趣。 

拿起一個看似簡單的基本構(gòu)件之后，Norman盡力解釋其復(fù)雜性，“我當(dāng)時想設(shè)計一個能夠通過X、Y和Z面連接并鎖定其它零件、且不會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)試驗和無數(shù)次挫折之后，我開始意識到我的設(shè)計在幾何上有一個基本邏輯。后來我們發(fā)現(xiàn)，那就像是一種分形，有兩個等級：一個為黃金分割比例61.8%，另一個為100%。” 

在Norman的諸多中，用以形容其*個的語言在一定程度上闡述了其設(shè)計意味，及其復(fù)雜性：“[連接器構(gòu)件]是導(dǎo)流板套組的一個基本構(gòu)件，該基本構(gòu)件經(jīng)過簡單的組裝，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)成了滑動樞軸的一個連接件，允許進行可逆轉(zhuǎn)裝配。因此，兩個連接器構(gòu)件之間或者一個連接器構(gòu)件和一個調(diào)節(jié)器構(gòu)件之間的軸向連接件允許旋轉(zhuǎn)運動——正因如此，用這兩個構(gòu)件創(chuàng)建的裝配也可能進行旋轉(zhuǎn)運動。”