惡劣環境專用機器人

在以下文章裡，我們將討論一家公司如何利用有創意的設計技巧和線上配置工具來為其最新的機械手臂和抓爪提供客製化馬達和減速機——而且適合用於各式各樣的應用。

Blueprint Lab 的執行長 Paul Phillips 將他對機電工程的熱情與對衝浪和海洋潛水的熱愛結合在一起。這家位於澳洲雪梨近郊的公司專門設計和製造可在海底惡劣環境中運行的產品。根據 Paul 表示：「我很早就發現海底運載工具製造商需要專門的硬體來執行遠端操控任務。但自行開發這類器具非常昂貴且複雜。但是，Blueprint Lab 團隊『熱愛科技遠超過一切』，因此我們一心想要發明技術創新的產品。我們熱愛我們所為。」

Reach Alpha 5 是世界上最輕的水底五項功能機械臂。

這家公司的機械臂和抓爪 的獨特賣點是尺寸。Paul 表示，Reach Alpha 5 是世界上最小的遙控載具機械臂。當它捲起時，更只有 ~23x15x4cm（~9x6x1.5 英寸）——而完全展開時則為 ~58cm（~23 英寸），動態範圍則為 ~40cm（~16 英寸）。機械臂在完全展開的情況下可舉起 2kg（~4.4 磅）的重量，額定軸向荷載可達 100kg（~220 磅）。末端執行器的閉合力約為 600N。這些裝置專為在深達 300 公尺（近 1000 英尺）的深度下運行所設計。

Reach Alpha 5 是一款全電動裝置，使用 18～30 VDC 直流電，可以在任何遙控載具上使用，並且可以利用標準 RS232/RS485 協定簡單快速地進行整合。這套裝置具有滲漏偵測功能，讓您可放心啟動載具。可更換的末端執行器包含標準夾鉗和四邊顎夾、特殊救援夾、尖嘴夾鉗、軟夾、平行夾和鋼索剪。這些裝置主要採用硬陽極氧化 AL6061 鋁製成。臂部和末端執行器則都可以改用不鏽鋼材質，以便用於惡劣環境和需要更高強度的場合。

Reach Alpha 5 的動力來自 maxon DCX 16mm 馬達和行星式減速機。馬達以並列方式整合，因此能夠高效雙向驅動。馬達之間的空間則放置一款公司自行設計的控制器，以維持精實結構。同樣是自行設計的錐蝸齒輪組則用作為終端驅動元件。內建一個霍爾效應絕對式位置編碼器，用於為系統提供反饋信號。「對於轉矩更高的關節，我們使用高轉矩減速機，因為它們的負載能力更高。對於其他關節，例如爪鉤和直列旋轉馬達，標準的 DCX 元件就夠了，」Paul 表示，並繼續說道： 

「因為我們自己為我們的產品開發了硬體、韌體和軟體，因此我們能夠更好地改良產品、為客戶提供更好的服務和支援。」一直以來，公司面臨最大的挑戰，是將產品從原型發展到生產階段。每一次都必須力求完美，才能在生產過程中實現客戶所要求的一致性、製程能力和可重複性。有鑑於此，Blueprint Lab 認為 maxon 的最大優勢在於其 可訂製馬達的線上配置器——且 11 天內可製作完成，客戶可每天全天 24 小時訂購馬達。之後就可以根據市場需求，供應具量產水準的產品。

maxon DCX 系列中的馬達擁有高功率密度與高效能，並且運行極為平穩。馬達尺寸介於 6mm～35mm，均可在線上配置。客戶可以選擇稀有金屬或石墨電刷、滾珠或燒結軸承，以及更多採用圍包或是無框封裝的產品。maxon 的使用者還可以根據個別應用的規格進行配置，並搭配 DC 或 BLDC 馬達、行星式減速機和感應器。隨著各代產品的演進，已對馬達減速比做出改良，以符合客戶需求並提高耐用度。Paul 也表示：「DCX 系列能夠無縫接受這些變更，不需要任何機械方面的設計。 

在例如執行器的開發階段中，在決定合適的產品之前，我們可以在線上訂購多達 20 種型號的馬達。這樣的確讓公司省下許多金錢，因為研究時間更寶貴。再加上這使得 Blueprint 能夠在選定之前測試所有可能的選項。

maxon 的 DCX 16mm 馬達用於整個 Reach Alpha 5 機械手臂。

在一次與 maxon 的 Bianca Braun 和 Brett Motum 的腦力激盪會議中，大家又提出了更多的想法。在這次會議期間，Paul 和他的團隊以 maxon 的控制器為討論主題。他們最初的願望是採用一款 maxon ESCON 伺服放大器的精簡版，以便能夠配合馬達的直徑。談話內容進一步轉向可以由工程師來配置控制器的方法。設計師可以從馬達控制器硬體中現有的特性進行選擇，然後線上配置控制器的外型。「maxon 對於新想法的開放態度很重要。」Paul 說。

這家公司的機械手臂大多數被用在難以到達或危險的地方。這些裝置可能被裝在研究或救援用遙控載具上，也可能用於執行離岸油氣基礎設施檢測任務、為海洋科學研究採集樣本，或是軍事和現場急救人員的特殊救援任務中。除了在海底進行研究任務之外，Reach Alpha 5 也可以用於警察和軍事行動，例如拆彈機器人和在石油化學和核能行動中進行近距離目視檢驗。

公司內部積累的 Reach Alpha 5 核心技術為 Blueprint Lab 提供了相對於其他公司更強大的技術優勢，同時也更擴展了市場，例如核能、石化、陸地與航太應用。「我們一直都在思考下一步的發展。」Paul 解釋道。例如，機器學習演算法是公司裡的熱門話題，因為他們正在設計最新產品的硬體，這個產品將會帶領他們進入未來人工智慧。

Blueprint Lab 是一家具有前瞻性、精通科技的公司，擁有超過 20 名極具創意、熱愛所做工作的工程師。Paul 承認他希望能看到更多女性工程師加入公司陣容。「若能在澳洲看到更多女性機電工程師，那就太好了，」他說，「我們一直在尋找充滿動力的人，而目前機器人產業中的女性畢業生真的很少。」 

當你將合適的工程師和合適的產品放在一起，你可以獲得令人驚奇的結果。Blueprint Lab 成功地將像 maxon 馬達這樣的精密元件應用到自家產品中。隨著各種使用機械手臂和抓爪的遠端操控載具的發展，未來幾年內，像 Blueprint Lab 這樣的公司將會有一席之地。