ロボットのプロトタイプ作成は、デザインを物理的なオブジェクトに変えるだけではありません。これは、創造的なアイデアと現実世界のパフォーマンスの間の重要なブリッジです. 小さな教育ロボットを構築するか、工業用グレードの自動アームを構築しているか, 構造化された ロボットプロトタイプ作成プロセス あなたが早期に欠陥を捕まえることを保証します, コストを削減します, そして、あなたの最終製品を本当に反映するモデルを作成します. このガイドで, 実世界の例では、すべてのステップを分類します, データ, そして、あなたが成功するのを助けるための実用的なヒント.
1. デザイン & 計画: プロトタイプの基礎を築きます
ツールを拾う前に, 徹底的な設計と計画は、スムーズなプロトタイププロセスの段階を設定します. このステップは答えます: ロボットは何をしますか?ユースケースにどのように適合しますか?どのリソースが必要ですか?
デザインの重要なアクション & 計画
- 詳細な3Dモデルを作成します: SolidWorksやFusionなどのソフトウェアを使用します 360 外側のシェルから内部ギアやセンサーの配置まで、あらゆる部分をマッピングする. 例えば, チームビルディングa 配信ロボットプロトタイプ 貨物コンパートメントをモデル化する必要があります (5kgのパッケージを保持していることを確認します) およびホイールベース (標準的な出入り口に合うように, 幅80cm).
- ユースケースの要件を定義します: ロボットの使用方法に基づいて交渉不可能な仕様をリストします. 製造ロボット, 例えば, 必要です 10〜50kgの負荷容量 そしてa 180°の可動域 アセンブリタスク用, 医療ロボットは精度を優先する可能性があります (±0.1mm) オーバースピード.
- 計画のタイムライン & リソース: ガントチャートを使用して、マイルストーンの概要を説明します. 小さな消費者ロボットプロトタイプ (例えば。, ペットフィードロボット) 通常、4〜6週間かかります, 複雑な産業プロトタイプには3〜6か月かかる場合があります.
例: 設計失敗回避
スタートアップは、倉庫ロボットの3Dモデリングをスキップして生産に駆けつけました. プロトタイプの腕は高い棚に到達できませんでした。なぜなら、彼らはロボットのデザインの1.2mの高さを説明するのを忘れていたからです. これを修正しました 3 彼らのタイムラインへの数週間 $2,000 リワークで. 3Dモデルは、この問題を即座にキャッチしていたでしょう.
2. 材料の選択 & 準備: 機能するものを選択してください (安いものだけではありません)
適切な材料は、プロトタイプのパフォーマンスを作成または壊します. あなたの選択は強さに依存します, 重さ, 料金, そして、素材の処理がどれほど簡単か.
ロボットプロトタイプ用の一般的な材料 (ユースケースで)
| 材料タイプ | 例 | キープロパティ | に最適です | コスト範囲 (kgあたり) |
| プラスチック | 腹筋, プラ | 軽量 (0.9–1.2 g/cm³), 3Dプリントが簡単です | 消費者ロボット (例えば。, おもちゃロボット), シェル (外殻) | \(2- )8 |
| 金属 | アルミニウム, 鋼鉄 | 高強度, 耐久性 | 産業用ロボットアーム, 負荷をかける部品 | \(10- )30 |
| 合金 | チタン合金 | 軽量 + 強い, 耐性耐性 | 医療ロボット, 航空宇宙ロボット | \(50- )150 |
材料の準備手順
- 切断: せん断を使用します (薄いプラスチック用) またはバンドソー (金属用) 素材を大まかなサイズにトリミングする. 例えば, ロボットのベース用の3mmアルミニウムシートは、1m x 2mの大きなシートから切断される場合があります.
- 熱処理: アニーリングで鋼のような金属を強化します (800°Cに加熱, その後、ゆっくりと冷却します) 負荷の下で曲げを防ぐため. 未処理のスチール製のロボットアームは、20kgを持ち上げるときにゆがんでいる可能性があります。.
- クリーニング: イソプロピルアルコールでプラスチックを拭き取り、ほこりを除去します (3D印刷に重要です) 後で塗料を順守するために溶媒を備えた金属を脱化する.
3. 製造プロセス: デザインを物理的な部分に変えます
高度な製造技術により、正確に作成できます, 複雑な部品はすぐに. 最良の方法はあなたの素材に依存します, 一部の複雑さ, とタイムライン.
トップ 3 ロボットプロトタイプ用の製造方法
| 方法 | それがどのように機能するか | に最適です | パーツごとの時間 | 正確さ |
| CNC加工 | コンピューター制御ツールは、ソリッドブロックから部品を彫ります | 金属部品 (例えば。, ギアボックス), 正確なコンポーネント | 1–4時間 | ±0.01mm |
| 3D印刷 | プラスチック/金属フィラメント/樹脂の層を覆います | 複雑な形 (例えば。, ロボットジョイント), カスタムシェル | 2–12時間 | ±0.1mm |
| レーザー切断 | 強力なレーザーを使用して、シートシート材料をカット/エッチングします | 平らな部品 (例えば。, ロボットフレーム, センサーマウント) | 5–30分 | ±0.05mm |
実世界の例
建物のロボット会社 農業ロボット 湾曲した作物検知ハウジングに3Dプリンティングを使用しました (複雑な形状, 低ボリューム) 金属ホイール車軸用のCNC加工 (荒れた地形には強さが必要です). このミックスは生産時間を削減します 25% 1つの方法だけを使用するのと比較してください.
4. 組み立て & テスト: プロトタイプが計画どおりに機能することを確認してください
組み立てが不十分な場合、最良のパーツでさえ失敗します。このステップは、パーツを機能的なロボットに変えてパフォーマンスの問題をキャッチする場所です。.
アセンブリベストプラクティス
- 精密ツールを使用します: トルクレンチはネジを保証します (例えば。, M3ボルト) に締められます 5 n・m - ゆるい, そしてパーツがガラガラします; きつすぎる, とプラスチックの部品亀裂.
- 資料の請求書に従ってください (ボム): すべての部分をリストします (例えば。, 4 Xモーター, 8 Xギア, 1 xマイクロコントローラー) 順番に組み立てます (例えば。, 最初にフレームにモーターを取り付けます, 次に、ギアを接続します).
- 装備を確認してください: 組み立て後, 手で関節を動かして、滑らかな動きを確保します. ロボットの手首ジョイント, 例えば, 固定せずに360°回転する必要があります.
ロボットプロトタイプの重要なテスト
- モーションパフォーマンステスト: 速度を測定します, 可動域, と精度. ロボットアーム用, ポイントAからポイントBにどれだけ速く移動できるかをテストします (ターゲット: <2 秒) ±0.5mm以内のターゲットに当たった場合.
- 電気システムテスト: ショートパンツの配線を確認し、センサーやモーターなどのコンポーネントがコントローラーで動作することを確認してください. 少なくともバッテリー駆動のロボットは実行する必要があります 4 時間 (ターゲットランタイム) 力を失うことなく.
- 負荷テスト: 耐久性をテストするために、徐々に重量を追加します. 配信ロボットのプロトタイプが伝わる必要があります 120% ターゲット負荷の (例えば。, 6ターゲットが5kgの場合はkg) 壊れずに.
例: テスト障害 & 修理
チームの クリーニングロボット 負荷テストに失敗しました - 3kgのクリーニングタンクを運ぶときに動きが停止しました (ターゲット負荷: 2.5kg). 彼らは、モーターギアが小さすぎることを発見しました, 彼らはそれらをより大きく置き換えました, 強いギア. 改訂されたプロトタイプは4kgを簡単に処理しました.
5. 表面処理 & 最適化: 耐久性にします & イテレーションの準備ができました
表面処理は外観と寿命を改善します, 最適化は「良い」プロトタイプを「素晴らしい」プロトタイプに変えますが.
一般的な表面処理
- 絵画: スプレーペイントを使用します (例えば。, アクリル) プラスチックが色を追加し、傷から保護するために. 消費者ロボットの明るい赤いシェルが必要になる場合があります 2 プライマーのコート + 2 塗料のコート.
- メッキ: さびを防ぐために、クロムまたはニッケルの薄い層を金属に追加します. 湿った環境で使用される産業用ロボット (例えば。, 洗車) クロムメッキの恩恵を受ける.
- 陽極酸化: ハードを作成するために電流でアルミニウムを扱う, 色付きの層. 医療ロボットは、洗練された陽極酸化アルミニウムをしばしば使用します, 滅菌仕上げ.
最適化のヒント
- 体重減少: 固体金属部品を中空の3Dプリントされた部品に置き換えます (例えば。, ロボットの足) 体重を減らす 30% 力を失うことなく.
- コスト削減: プロトタイプが高価なチタンを使用している場合, 非批判的な部分については、安価なアルミニウム合金をテストします (例えば。, ロボットのベース対. その精密グリッパー).
- パフォーマンスが向上します: 遅いモーターを1つにアップグレードします 20% ロボットが重い負荷で苦労している場合、より多くのトルク.
Yigu Technologyのロボットプロトタイプ作成に関する視点
Yiguテクノロジーで, 私たちは信じています ロボットプロトタイプ作成プロセス イノベーションの中心です. プロトタイプを検証せずに大量生産に急いでいるチームが多すぎます。これはコストのかかるリコールにつながります. 2つのことに焦点を当てることをお勧めします: 1) 3D印刷とCNC加工のミックスを使用して、速度と強度のバランスをとる, そして 2) 実際のシナリオでテストします (例えば。, 倉庫ロボットは、コンクリートの床でテストする必要があります, ラボテーブルだけではありません). このアプローチに従うクライアントは、プロトタイプの反復を減らします 40% 製品をより速く市場に出してください.
よくある質問
- ロボットのプロトタイプにはどれくらいの費用がかかりますか?
コストはサイズと複雑さによって異なります: 小さな消費者ロボット (例えば。, おもちゃ) 費用 \(50- )200, 中程度の産業ロボット (例えば。, 小さな腕) 費用 \(500- )2,000, そして大きな, 複雑なロボット (例えば。, 医学的外科ロボット) 費用 \(10,000- )50,000.
- ロボットのプロトタイプ作成プロセスはどのくらい時間がかかりますか?
単純なプロトタイプ用: 2–4週 (設計→製造→テスト). 複雑なプロトタイプ用 (例えば。, 産業または医療ロボット): 2–6ヶ月, 複数の反復を含む.
- 自宅でロボットのプロトタイプを作ることはできますか?
はい! 小さい場合, シンプルなロボット (例えば。, ラインフォローロボット), Consumer 3Dプリンターを使用できます (料金: \(200- )500), Arduinoマイクロコントローラー (\(20), およびプラプラスチック (\)20/kg). オンラインチュートリアルをフォローして、基本的な3Dモデルを設計し、パーツを組み立てます.
