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制作曲线和扭曲的望远镜

  用于计算设计的新工具允许用户将任何3D形状转变为可折叠的伸缩结构。由卡内基梅隆大学的研究人员开发的新数学方法捕捉到了这种结构的复杂多样性质,这些特性对于3D制造和机器人技术中的各种应用非常有用 - 特别是在机构必须紧凑且易于部署的情况下。

  由Carnegie Mellon教授Stelian Coros和Keenan Crane以及博士生Christ Christ Yu领导的研究“伸缩结构的计算设计”将于7月30日至8月3日在洛杉矶举行的年度SIGGRAPH会议上展出。每年的会议都会聚焦全球计算机图形研究和互动技术中最具创新性的会议。

  传统的望远镜非常直,它们从紧凑形式扩展到更大结构的能力已在工程设计中得到广泛应用。然而,到目前为止,还没有系统地研究可以通过伸缩结构建模的形状类型,也没有用于伸缩设计的实用工具。在最近的制造商中,研究人员遇到了一系列可伸缩的玩具爪,这些玩具爪以流行的X战警人物Wolverine为基础。受到爪子弯曲形状的启发,他们开始探索自动化伸缩结构设计的想法,探索可以从基本望远镜模型中得到的各种形状。

  远远超出用于观星的典型直视望远镜的示例,其他可折叠,可展开的结构可受益于弯曲或扭曲的伸缩设计:诸如用于音乐节的帐篷或大型户外结构的露营设备;心脏支架,在插入点处很小,但一旦手术放置就会扩张;或者机械臂可以将自身缩回到可乐罐大小的圆柱形状中,从而实现用户便携性和多功能性。

  “在可展开的机制中,望远镜非常有趣。一旦你扩展它们,它们非常灵活,你可以用相同的望远镜制作许多不同的形状,”卡内基的合着者和计算机科学与机器人助理教授Crane说。梅隆。“我们想知道你可以用伸缩结构制造出什么样的形状。”

  团队的伸缩结构的数学模型从三个常识要求开始:每个外壳必须可以用刚性材料(如金属)制造,望远镜必须能够伸展和收缩而不会撞到自身,并且不应有空的浪费空间嵌套件之间。这些基本要求带来了一个关键的几何洞察:望远镜的复杂机械描述可以用简单的几何曲线代替,这些几何曲线表现出恒定的弯曲量但任意“扭曲”,显着推广了典型工程设计中的直观望远镜。该团队成功地将应用程序原型化为3D制造和机器人技术,使用他们的新颖系统来设计灵活,可控的机器人手臂和类似帐篷的结构,其长度可达原始体积的几倍。

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