3D列印如何加速舵輪式機器人產品設計

近幾年，機器人的發展已改變社會的運作模式，由臺灣科技大學電機工程系黃仲欽教授所帶領該校的學生團隊－吳宜道、何嘉翔、蔡少翔，與國內某公司進行產學合作，共同研發出具導螺桿舉升功能之舵輪式自主移動機器人。研發過程透過 Formlabs 雷射燒結 (SLS) 列印機原型製作舵輪零件，省去昂貴的開模費用及時間，從二至三個月的開模時間縮短至一週。閱讀本篇文章，了解 3D 列印機 Fuse 1 如何協助舵輪式自主移動機器人的產品設計及開發。

舵輪式自主移動機器人的出現源自於公司方有意設計舵輪結構與相關控制軟硬體，結合學生製作無人車的經驗，雙方合力完成。車體本身使用兩顆舵輪進行移動，一顆舵輪包含兩顆馬達，分別驅動轉向齒輪跟輪子前後運動。以無人車為主體的內建升降系統，搭配馬達管控、電源管理、極限開關、環境地圖建制、與行動邏輯判斷等，可完成貨物乘載運送，擴展工廠內自動化使用用途。

▲由台科大學生團隊以產學合作方式研發的舵輪式自主移動機器人。

從開始設計到完成成品，整個舵輪式自主移動機器人製程為期八個月。學生團隊與公司方編寫程式，後續將軟硬體結合，再透過 3D 列印進行外觀功能驗證以及迭代。「如果沒有 3D 列印的話，我們可能沒辦法這麼快完成。」學生何嘉翔說道，若用金屬開模大概要兩三個月，一有問題又要重新製作，會花費太多時間。看到 Fuse 1 列印機與尼龍 12 粉末印出的 3D 列印打樣件，強度和外觀都能使舵輪進行各項功能測試與運作，這是他們沒有想到的事。

▲在製作成品（右圖）前，團隊先透過雷射燒結 3D 列印機 Fuse 1 搭配尼龍 12 粉末進行外觀功能驗證，省去開模的費用及時間。

參與機構設計的機構總監張宏仁與賴正和工程師都表示，從機器人設計概念形成，到整體結構與功能測試，都是透過 3D 列印協助，從而知道設計細節是否可行。雖然以往用傳統方法也可以實現驗證，但加工的時間成本太高。張總監說：「3D 列印讓我最訝異的是他可以把尺寸控制在 0.3 mm，就設計者而言，能夠控制的越精準是越好。」

「光是這些零件的加工，在傳統機器業需要花費很多時間，3D 列印一個禮拜就可以把這些都完成，所以時間效率上無形中提升了好幾倍，成本當然也省很多，這就是3D列印的優勢。」－張宏仁機構總監

▲台灣科技大學黃仲欽教授、學生團隊與產學合作公司代表經歷八個月的努力，共同完成舵輪式自主移動機器人。

黃英堯總經理也從經營管理的角度指出：「透過 3D 列印的新材料與技術，產品開發與驗證的速度可以加快，也能因應市場的變化做出快速的調整。提供經營管理者更大的競爭上的彈性與優勢。」

促成此次產學合作的指導教授黃仲欽博士對於學生團隊的表現給予高度肯定，雖然目前是初步成品，要做成可販售的商品仍有調整空間，但也感謝公司及學生雙方的努力才有這樣的成果。