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基于模块化机器人原理的动态雕塑品

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  早期的动态艺术是将艺术、计算机科技、声光效果等结合在一起,运用各种曲线的旋转,在光、影、色方面给观众带来强烈的视觉冲击力,然而这种视觉效果只是艺术-观众的单向联系[2]。另一种“动的雕塑”合理的利用了现代化的科技手段,与风、水、电、声、光以及观者、环境全面互动,使“静的雕塑”成为“动的雕塑”。如图1所示瑞士雕塑家拉尔方索的作品“舞风”。它会在风力的帮助下呈现出一种优美的波浪形摆动。但这种会动的雕塑品的功能仍然比较单一。近年来,制造业及智能化产品飞速发展,产品的性能也越来越多。对于雕塑的多功能需求也不容忽视。与此同时,模块化的发展也逐渐成为社会各个行业发展的趋势。由大量通用的、具有独立功能的组件加上少量专用模块组合成特定的设备或系统,称为模块化[3]。模块化产品的优势就是模块的统一性和通用互换性。鉴于此,考虑到运用模块化来实现雕塑“精雕细琢”追求完美的特性。本文采用塑料模块(如LEGO模块)组装成“模块雕塑”,这不仅满足了雕塑制作过程中不断拆卸和组装的要求,而且减轻了雕塑的质量,使其更加灵活。如图2所示。同时,为了实现雕塑的感知功能和智能特性,采用模块机器人作为雕塑的内部框架。该模块机器人系统的组装遵循LEGO的模块框架。该框架的特点如下:首先,模块间通过接口进行连接,所有的模块具有相同的接口;其次,两个模块是否能连接在一起取决于LEGO模块端口,如凸端口与凹端口结合等特点。这种将模块雕塑和机器人结合在一起,以机器人为内部框架,以模块雕塑为外表形成的艺术品,称为“动态雕塑”。也称为“机器人雕塑”。

  这里首次提出了机器人雕塑的概念,采用机器人作为雕塑品的内部框架,外部覆盖其它材料以性,并以2010年上海世博会吉祥物为例,解释说明这种方法的可行性。

  表现雕塑品的美感,进一步操控机器人运动,则整个雕塑品外形会发生变化,从而体现出雕塑品动态之美。它将机器人技术、计算机技术和艺术学有机结合,满足了动态雕塑的动态化,智能化和模块化的要求。

  模块机器人是由一套具有各种尺寸和性能特征可交换的模块组成,能够被装配成各种不同构形的机器人以适应不同的工作。最初的模块机器人是由多个关节模块和连杆模块组装而成。关节模块是独立的驱动和传动单元,而连杆模块是两端带适应连接的构件。卡内基-梅隆大学Paredis等人建立了可重组模块化操系统(RMMS),利用一套可交换的不同尺寸和特性的连杆和关节模块,通过这些通用模块装配出各种专用的机器人[4]。Chen I-Ming[5, 6]等人设计了特定模块机器人专用的模块,研究了构形的设计,并在模块机器人的运动学和动力学控制、标定算法和仿真应用软件等方面取得了较高的理论研究成果。毕著名[7, 8]对模块机器人作了更为深入的研究,提出了最通用的模块机器人架构,但这些研究都面向工业机器人。其所采用的是比较特殊及专业化的模块,具有较大的质量,价格高,不适合用于动态雕塑品中。本文提出用轻质塑料模块来组装动态雕塑品。该动态雕塑品是真实的,但本文只展示其在虚拟环境中的结构模型。由该模型出发,我们可以搭建一个个真实的模块动态雕塑品。以下章节将具体阐述本文提出用轻质塑料模块来组装动态雕塑品。用LEGO模块建立构件及机构,最后通过实例对提出的概念和方法进行论证。以下章节中将具体阐述用LEGO模块建立构件及机构,以及其计算机实现过程,最后通过实例对提出的概念和方法进行论证。

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标签: 机器人
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