23、建筑机器人的设计与实现

建筑机器人的设计与实现

1. 模块化转换设计

在建筑机器人的设计中，模块化转换是一个关键概念。设计的目标是实现模块从立方体到均匀菱形棱柱的转换。具体来说，模块的底座可以从正方形剪切为菱形，在三维空间中，这就将立方体转换为了均匀菱形棱柱。

这种几何转换代表了每个面上艺术品方向的改变，直接影响了人类参观者与艺术品之间的关系，这也是基本的交互场景。如果涉及更多相互连接的模块，系统会变得更加复杂。在这个项目中，采用了三个模块并排连接作为研究原型。

2. 驱动系统：气动人工肌肉与弓形连接

为了实现上述转换，系统需要一种收缩力，将底座的两个对角相互拉近，同时还需要相应的弹簧作用，将系统推回并重置到初始状态。该项目开发的驱动系统受到了Bowtower实验和Flexing Room建筑机器人的启发。

收缩力由McKibben气动人工肌肉（PAM执行器）实现，而重置系统的弹簧反作用力则由预紧的15毫米直径尼龙棒制成的弓形连接提供。在每个模块的底座，两个对角由一个PAM执行器连接，另外两个对角则由两个弓形连接预紧。

在驱动阶段，PAM的收缩主导转换过程，将两个对角拉向彼此，使几何形状从立方体变为菱形立方体。在释放阶段，弯曲的尼龙弓形连接中的预紧力抵消转换，系统回弹到初始状态。PAM执行器和弓形连接的组合共同实现了一个稳健的驱动循环。

2.1 PAM执行器的制造、实验与测量

驱动循环的关键在于设计和制造一个稳健的PAM执行器。PAM执行器最早在20世纪50年代开发，它包含一个弹性体内管，周围环绕着双螺旋编织护套。当内管内部产生压力时，人工肌肉的自由端收缩，而外部护套保持圆柱形。