专为恶劣环境设计的机器人

在下面的文章中，我们将讨论一家公司如何运用创新型设计技术和在线选型程序为其最新的机械臂和夹爪设计定制的、能适应各种应用需要的电机和齿轮箱。

Blueprint Lab的首席执行官Paul Phillips将他对机电工程的热情以及对在大海中冲浪和潜水的热爱完美结合起来。这家公司位于澳大利亚悉尼郊区，专业设计和制造可在海底恶劣环境中运行的产品。Paul说：“我很早就意识到水下航行器制造商需要专门的硬件来执行远程操作任务。”自行开发这类工具不仅成本过高，而且非常复杂。Blueprint Lab团队“热爱技术胜过一切”，这也正是该团队致力于发明技术创新产品的原因。“我们热爱所从事的事业”，他解释说。

Reach Alpha 5是世界上最轻的水下五功能机械手。

这家公司的机械臂和夹爪的独特卖点便是尺寸极小。Paul表示：Reach Alpha 5是世界上最小的ROV机械手。这款机械手在卷曲状态下只有大约23x15x4cm（约合9x6x1.5英寸），在完全伸展时大约有58cm（约合23英寸），动态伸展范围大约40cm（约合16英寸）。机械手在完全伸展状态下能承受2kg（约合4.4磅）的重量，额定轴向负载为100kg（约合220磅）。末端执行器的闭合力约为600N。该装置的设计深度可达300米（接近1000英尺）。

Reach Alpha 5是一款全电动设备，工作电压为18-30 VDC，可加装在任何ROV上使用。这套系统非常快速，并且可通过标准RS232/RS485协议轻松集成。这套装置还提供检漏功能，可在启动航行器之前确保无泄漏，让用户没有后顾之忧。可替换的末端执行器包括标准钳形夹具以及四爪夹钳、专用回收钳、针鼻钳、软钳、平行钳和绳索切割钳。这些装置主要采用经过硬质阳极氧化处理的AL6061铝制成。机械臂和末端执行器都采用不锈钢制成，能在更恶劣的以及强度更大的环境中工作。

Reach Alpha 5通过maxon DCX 16mm电机和行星齿轮箱驱动。电机采用并排布局方式集成在一起，因此能高效地在两个方向上进行驱动。公司自行设计的控制器可安装在电机之间，以确保紧凑的布局。另外，机械臂还使用同样由公司自行设计的螺旋齿轮组件作为最终传动元件。系统反馈则由内置的霍尔效应绝对位置编码器提供。“对于转矩更高的关节，我们使用高转矩齿轮箱，因为它们的负载能力更高。而对于其他关节，例如抓取器和直列式旋转电机，标准DCX部件就足够了”，Paul说， 

“我们在公司内部为产品自行研发硬件、固件和软件，所以我们能为客户提供更高水平的优化、维护和支持。”公司面临的最大挑战便是如何从产品原型过渡到生产阶段。为了确保达到客户要求的生产一致性、工艺能力和可重复性，在任何时候、任何环节都必须达到完美。也正因为如此，Blueprint Lab认为maxon的主要优势之一便在于可提供 用于电机个性化配置的在线选型程序以及只需 11天的生产期，这意味着客户可以全天候随时订购电机，并且很快就能按市场需求提供达到生产水平数量的产品。

maxon DCX产品系列包括高功率密度、高效率且运行平稳的电机。这些电机可以在线进行配置，可用尺寸介于6mm到35mm之间。客户可以选择稀有金属电刷或石墨碳刷、滚珠或烧结轴承，以及更多采用封闭式或无框式包装的产品。maxon允许用户根据各自的技术规格配置和组合DC或BLDC电机、行星齿轮箱和传感器。不同代际产品的电机和齿轮比也有相应的变化，以更好地满足客户要求并改善稳健性。Paul说：“DCX范围不需要任何机械设计，可以无缝地进行更改。 

例如在执行器的研发阶段，公司可能会在选择合适的产品之前在线订购多达20种电机型号。这实际上可以为公司节省资金，因为自行研发的成本要昂贵得多。此外，它还允许Blueprint在作出选择之前测试所有可用的选项。

在Reach Alpha 5机械手中使用了多台maxon DCX 16mm电机。

团队与来自maxon公司的Bianca Braun和Brett Motum举行了一场头脑风暴会议，在此期间，大家提出了更多非常有创意的想法。在会议中，Paul和他的团队将maxon控制器定为会议的主题。公司最初的一个愿望是使用maxon ESCON伺服放大器的精简版本，以配合电机的直径。但在讨论过程中，思路却转向可以由工程师自行配置控制器的方法。设计人员可以从电机控制器硬件的已有功能中进行选择，然后在线配置控制器的形状。“maxon对于新想法一直保持开明的态度，这一点非常重要”，保罗说。

这家公司的大多数机械手都应用在难以接近或有危险的地方。安装在ROV上的这些装置可用于执行搜寻和回收操作、对石油和天然气企业的海上基础设施进行检测、为海洋科学研究收集样本，以及军方和民用急救人员的特殊回收操作。除了在海洋下执行任务之外，Reach Alpha 5还可用于警察和军事行动，例如拆弹机器人以及石化和核行动中的近距离目检。

Reach Alpha 5内部核心技术的建立为Blueprint Lab提供了相对于其他公司更强大的技术优势，同时也帮助他们进入更广泛的市场领域，例如核工业、石化、陆地和航空航天应用。“我们一直在考虑下一步的发展”，Paul解释说。举例来说，机器学习算法是公司目前的一个热门话题，因为他们将在最新产品中采用新的硬件，这将引领他们进入人工智能的未来。

Blueprint Lab是一家具有前瞻性思维并且技术娴熟的公司，拥有超过20名热爱本职工作、极富创造力的工程师。Paul承认希望更多女性工程师前来公司应聘。“如果澳大利亚能培养出更多女性机电工程师，那就太好了”，他说，“我们一直在寻找充满活力的员工，但目前机器人行业的女性毕业生数量完全不够。” 

将合适的工程师与合适的产品组合在一起，可能会发生令人惊叹的奇迹。Blueprint Lab的使命就是将maxon电机等精密部件融入其产品中。随着使用机械臂和夹爪的各种远程操作航行器数量的增长，未来几年内会有更多像Blueprint Lab这样的公司在市场上冉冉升起。