IT 專(zhuān)家 Patric Luthi 開(kāi)發(fā)了一臺(tái)獨(dú)特的繪畫(huà)機(jī)器人，它可以繪制精美的藝術(shù)作品。OilPainter 機(jī)器人可以使用丙烯顏料還原現(xiàn)有的圖像進(jìn)行作畫(huà)，還可以創(chuàng)造出令人驚嘆的藝術(shù)作品。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，倍福的 TwinCAT NC I 軟件控制 5 根主軸和 5 根輔助軸，它們通過(guò)伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，而這些驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品也來(lái)自倍福。
OilPainter 是一款全自動(dòng)繪畫(huà)機(jī)器人，它使用丙烯顏料繪制各種后印象主義風(fēng)格的畫(huà)作。它可以畫(huà)一幅梵高風(fēng)格的蒙娜麗莎畫(huà)像，或者畫(huà)一幅就像是安迪·沃霍爾創(chuàng)作的奧黛麗·赫本畫(huà)像。第一臺(tái)繪畫(huà)機(jī)器人樣機(jī)目前就放在位于瑞士蘇黎世的佐利可貝格的一家早前的打印店里，它不久就會(huì)為一家大規(guī)模的家具零售商繪制一幅獨(dú)一無(wú)二的作品。
“為了創(chuàng)作出這些風(fēng)格獨(dú)特的藝術(shù)作品，待繪制的主題數(shù)據(jù)必須以矢量、預(yù)編程的形式提供給控制器。這樣，甚至在開(kāi)始畫(huà)畫(huà)前，機(jī)器就已經(jīng)對(duì)每個(gè)筆觸了如指掌?！碧K黎世 OilPainter 公司 CEO Patric Luthi 說(shuō)道。“機(jī)器人在繪畫(huà)時(shí)，它會(huì)逐沖程地跟隨具有 11 個(gè)不同畫(huà)刷寬度的程序，反過(guò)來(lái)它又可以任意角度定位。通過(guò)將圖像分為 X/Y 軸和 R 軸作為旋轉(zhuǎn)畫(huà)刷角，可以使用任意畫(huà)刷寬度執(zhí)行任何沖程。但是，與人類(lèi)畫(huà)家不同，OilPainter 可以連續(xù)旋轉(zhuǎn) R 軸無(wú)需提起畫(huà)刷即可畫(huà)一根完整的螺旋線(xiàn)或繪制一幅書(shū)法作品?！?/FONT>
針對(duì)高精度運(yùn)動(dòng)的數(shù)控伺服技術(shù)
機(jī)器在畫(huà)畫(huà)時(shí)，5 根主軸負(fù)責(zé)控制運(yùn)動(dòng)，5 根輔助軸用于調(diào)色。3 根主軸(X、Y 和 R)必須隨時(shí)完全同步。Z 軸通過(guò)畫(huà)布的高度輪廓及支撐臺(tái)控制。第 5 根主軸控制畫(huà)刷位置，它可以與 R 軸同步，也可以與 R 軸不同步。
OilPainter 由 TwinCAT NC I 軟件控制，Patric Luthi 解釋說(shuō)道：“TwinCAT NC I 控制 3 根軌跡軸和 5 根輔助軸。此外，射流軸通過(guò)主從軸相連，而 Z 軸通過(guò)一個(gè)單獨(dú)的過(guò)程實(shí)現(xiàn)安全控制。顏料使用高精度的醫(yī)用級(jí)泵噴涂，它們的輔助軸與 3 根主軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)。而泵則使用 3 個(gè) EL7342 2 通道直流電機(jī)控制模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)在畫(huà)刷前面的調(diào)色器內(nèi)用泵按比例調(diào)成任何顏色，并與運(yùn)動(dòng)速度完全同步 — 即使在加速或減速時(shí)?！?/FONT>
X 和 Y 軸由倍福的 AM80xx 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。X 軸用的電機(jī)使用法蘭安裝在軸上，通過(guò)連通軸充分利用斜齒輪，并驅(qū)動(dòng)兩根輸送帶。“這樣，我們可以使用一個(gè)垂直安裝在軸上的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)?！盤(pán)atric Luthi 接著說(shuō)道?！斑@些伺服電機(jī)通過(guò)單通道伺服驅(qū)動(dòng)器 AX5125 和 AX5118 分別控制，而且我們還利用這一控制技術(shù)支持高速、高動(dòng)態(tài)定位任務(wù)?！盳 和 R 軸由 AM3112 伺服電機(jī)控制，該電機(jī)能夠產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩，具有高動(dòng)態(tài)和高定位精度的優(yōu)點(diǎn)。它們是專(zhuān)為與緊湊型 EL7201 伺服端子模塊配套使用而設(shè)計(jì)。事實(shí)上，OilPainter 的所有通訊任務(wù)都是使用高速 EtherCAT 工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議完成的?？刂破饕?1 毫秒的周期時(shí)間檢查所有軸是否每秒鐘同步運(yùn)行 1000 次。
正確涂色需要練習(xí) — 即使是機(jī)器人
Patric Luthi 認(rèn)為，正確噴涂丙烯顏料所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)是巨大的。 “色彩的流動(dòng)必須與每一個(gè)筆觸完美協(xié)調(diào)。此外，正確的色調(diào)必須即時(shí)可用，不能進(jìn)行任何預(yù)混色。這就是為什么我們要給粘度較高的顏料施壓，這樣就可以將顏料通過(guò)軟管推送到泵中。隨后，泵以低壓運(yùn)行，從而讓色彩能夠從畫(huà)刷上順暢地流動(dòng)，不會(huì)飛濺?！?/FONT>
OilPainter 的調(diào)色板由 5 種最基本的顏色構(gòu)成：青色、洋紅、黃色、黑色(K)和白色。“這與噴墨打印機(jī)處理顏色時(shí)用 CMYK 柵格化圖像有根本上的區(qū)別。我們不柵格化圖層，這也是為什么我們也將白色用作基本色，并用于混合彩色和灰色。一般來(lái)說(shuō)，您可以使用 CMY 生成黑色，但它實(shí)際上更多的是一種暗棕黑色。這也是用軟件增加黑色的原因所在。我們用黑色和白色按照由顏色聚類(lèi)以及顏料聚集體的數(shù)量和大小確定的混合比例生成灰色?！盤(pán)atric Luthi 在說(shuō)到應(yīng)用對(duì)機(jī)器人控制技術(shù)提出的要求時(shí)總結(jié)道。
通過(guò)功能庫(kù)實(shí)現(xiàn)高度靈活性
OilPainter 最終作品的數(shù)字化程度取決于圖像的復(fù)雜程度及預(yù)期結(jié)果?！坝脩?hù)必須確定想要使用的畫(huà)刷寬度及顏色。畢竟，我們不只是要完全拷貝原畫(huà)家的風(fēng)格 — 這也是我們?yōu)槭裁匆_(kāi)發(fā)我們自己的邏輯原因所在?！盤(pán)atric Luthi 解釋道?！叭绻胍?huà)出臉上太陽(yáng)的折射光線(xiàn)，例如，系統(tǒng)必須知道哪個(gè)畫(huà)刷應(yīng)該在哪個(gè)點(diǎn)上涂上白色。最后出來(lái)的畫(huà)作走的是印象派路子。如果您只允許畫(huà)線(xiàn)條，畫(huà)面看起來(lái)就像用油灰刀畫(huà)的?；蛘?，如果您只允許畫(huà)點(diǎn)點(diǎn)，則完成的藝術(shù)作品就比較接近點(diǎn)彩派風(fēng)格。一幅畫(huà)完成的時(shí)間取決于筆觸數(shù)量。例如，如果您有 10,000 個(gè)沖程，而每個(gè)沖程需要花費(fèi) 1 秒鐘時(shí)間，則一幅畫(huà)可能需要幾個(gè)小時(shí)才能完成?！?/FONT>
所有筆畫(huà)都保存在 Visual Basic 界面中。由于具有眾多的軟件庫(kù)功能，TwinCAT 使用這一信息來(lái)生成各種繪畫(huà)選項(xiàng)?！翱刂破鲗?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 CNC 指令。GUI 生成 G 代碼，并將每個(gè)完整的筆觸傳輸給 TwinCAT 來(lái)執(zhí)行繪畫(huà)任務(wù)。一幅成品畫(huà)作需要成千山萬(wàn)個(gè)筆畫(huà)，如果您想要一步就將所有筆畫(huà)轉(zhuǎn)換為它們的路點(diǎn)，最終可能會(huì)生成一個(gè)巨大的 G 文件，它可能會(huì)讓計(jì)算機(jī)的內(nèi)存負(fù)荷過(guò)大，可能會(huì)引起中斷?！?“不過(guò)，我們必須能夠在更換顏色期間清潔系統(tǒng)，或者等到部分畫(huà)面已經(jīng)干了后繼續(xù)畫(huà)?！?/FONT>
雖然第一眼看上去，繪畫(huà)機(jī)器人非常不可思議，但其實(shí)這一解決方案也可以應(yīng)用到其它行業(yè)，這也是為什么 OilPainter 公司已經(jīng)收到為應(yīng)對(duì)其它混合挑戰(zhàn)開(kāi)發(fā)解決方案的詢(xún)價(jià)，當(dāng)然，他們還會(huì)使用倍福的控制解決方案。
（轉(zhuǎn)載）
