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摘 要：随着国外3D打印技术的不断发展以及取得的成功，国内关于3D打印技术的研究也开始逐渐发展，3D打印技术甚至开始被应用于机器人的创新研究，本文主要对双足机器人和3D打印技术研究现状进行分析，并尝试建立基于3D打印技术的双足机器人创新实验。
关键词：3D打印技术；双足机器人；创新研究
3D打印是在普通打印机基础上发展起来的，利用统一工作原理，旨在将平面打印技术发展到立体平面，实现一维到多维的技术转变，3D打印以数字模型为基础，利用电脑相关技术，将打印机与电脑连接，通过电脑控制可以将打印材料进行逐层打印，最终可以把计算机上的设计图变成实物，这一技术具有鲜明的技术特点，操作简单易懂，是一种具有极大潜力、能够在多个方面产生作用、发挥优势的高科技。
一、3D打印技术国内外研究现状
20世纪80年代末，美国的一位科学家最早发明了一台专门用于商业行为的3D打印机，这引起了人们的关注，之后美国ZCorp公司从麻省理工学院获得授权开始进行3D打印机的开发。早期就有科研团队利用3D打印机制成汽车，之后这一技术逐渐被用于多个产业。早期经常被用于模具的制造、工业设计以及某些专业零件的制作，但这种技术与一般的打印技术相比，层次更高，技术水平要求也更高，该技术具体操作过程中采用的材料、操作步骤也比普通打印要复杂得多。之所以通俗地称其为“打印机”是因为3D打印参照了普通打印机的技术原理，因此才将其称为3D层面的打印技术，这种技术一般通过数字技术材料打印机实现。
随着国外3D打印技术的不断发展以及取得的成功，国内关于3D打印技术的研究也开始逐渐发展，这一技术最开始引起了不少企业和高校的关注，杭州、深圳、武汉、北京地区分布着一些大力致力于3D打印技术研究并且已经取得一些进展的企业，其中北京地区的隆源等企业已经上市。但我国3D打印技术与国外发展水平相比还相去甚远，大部分企业进行这方面的技术研究时，都是代理国外先进的3D打印设备，缺乏先进的、独立研发的打印技术，有些企业甚至都放弃了这一技术的研究，一味依靠国外技术的发展，缺乏独立思考进行探索的勇气和探索力，出现这一现象的主要原因除了缺少独自思考的习惯，还包括科研资金短缺的问题，关于高校研究方面，清华大学，华中科技大学，西安交通大学，北京航空航天大学等同样采取从国外购买设备的方式进行进一步研究最终建立一个3D打印研究平台，进行相关技术的研发，相对而言取得了较好的成绩，这些高校的研究結果也在我国产业各方面得到了应用。
二、仿人机器人研究现状
仿人机器人是机器人技术中的一个重要研究课题，其研究大概开始于本世纪的60年代末，虽然发展时间较晚，但发展势头迅猛，而双足机器人是仿人机器人研究的重要基础。双足机器人是模仿人类移动方式，进行高度自动化的一种先进的高科技机器人。美国是最早进行机器人研究的国家，日本虽然起步较慢，但其研究者巧妙的将半导体机械技术结合，使得日本机器人发达程度超过了美国，目前仍居于世界第一。当今发达社会，80%的机器人是日本制造的，目前国内外许多学者正从事于这一领域的研究，如今仿人机器人已成为机器人技术领域的主要研究方向之一。我国仿人机器人主要在包括国防科技大学、哈爾滨工业大学、北京理工大学、清华大学、上海交通大学、中国科学技术大学等在内的高校进行，它们致力于研制仿人机器人样机。
三、基于3D打印技术的仿真机器人
目前关于双足机器人的研究主要包括以下几个方面：双足机器人步行仿真研究、双足机器人运动控制系统的研究，仿人机器人中最难以解决的问题在于模拟人类双足步行系统的建立和后续的稳定性研究，该过程一般通过动力学仿真软件和MATLAB来实现，基于3D打印机进行的机器人研究处于我国目前的机器人研究的试验和探索阶段，这是一种全新的技术方法的采用，有学者针对3D打印机的性能特点，提出了一种基于3D打印技术建立的并联机器人方案，经进一步可行性分析，结果表明：以并联机构为核心结构的机器人具有很好的运动以及动力学性能，可以作为3D打印技术中相关行业的工具加以应用。本文在此研究基础上，基于3D打印技术，尝试建立双足机器人实验平台，探索3D打印技术的高科技应用。
仿人机器人即“模仿人类行为进行正常指定活动的高性能机器人”，这种机器人正是在人体研究的基础上经专业研究人员发展和构建起来的，仿人机器人的性能和形体结构的研究都是在人体研究基础之上进行的，而正因为人的构造是长期自然发展而形成的，所以具有最优性，如能量最优，关节配置最优等。为了使所设计的仿人机器人更能贴近于人，最终所要设计的仿人机器人整体身高大约为1.2米，在参考国内外仿人机器人的研究基础上，本文研究认为，双足机器人至少需要12个自由度才能满足要求，即髋关节3个、膝关节1个、踝关节2个，为了之后的大批量生产，除了必要的零件和电机外，其余零件均利用3D打印技术来完成。
采用Maxon电机为机器人提供动力，并选用基于倒立摆的步态规划方法对双足机器人进行步态规划，步态规划需要收集地面相关信息，建立物理方程，这里就不再赘述，之后，为进一步确保机器人可操作性和灵活性，采用ZMP稳定性判定准则分析机器人行走时的动态稳定性，最后利用ADAMS软件快速方便地创建完全参数化的机械系统几何模型，然后在几何模型上施加力、力矩和运动激励的实际运动状况，评估机器人设计和稳定性技术构建的可行性，执行一组与实际状况十分接近的仿真测试，分析机械系统的实际运动状况。如果结果可行，证明研究成功，如果数据显示有问题，则需观察相关数据，确定出现问题的步骤，重新进行研究和分析。
四、结束语
综上所述，随着国外3D打印技术的不断发展，基于3D打印技术的双足机器人创新实验将继续发展下去，这一技术将给机器人研究领域带来新的革命。
参考文献：
[1]薛国芳.基于3D打印技术的并联机器人机构的动力学研究[J].机床与液压，2016（45）：20-23.
[2]杨亮.基于3D打印技术的桌面足球机器人比赛系统[J].实验室研究与探索，2016（35）：66-68.
[3]杨亮.基于3D打印技术的双足机器人创新实验平台[J].实验技术与管理，2016（33）：131-133.
[4]常定勇.多输出3D打印冗余并联机器人的设计与分析[J].中国机械工程，2015（12）：93-94.
作者简介：
支铁山（1991.1.10—），男，甘肃张掖人，学士，广西理工职业技术学院，研究方向：3D打印机器人方向。
关键词：3D打印技术；双足机器人；创新研究
3D打印是在普通打印机基础上发展起来的，利用统一工作原理，旨在将平面打印技术发展到立体平面，实现一维到多维的技术转变，3D打印以数字模型为基础，利用电脑相关技术，将打印机与电脑连接，通过电脑控制可以将打印材料进行逐层打印，最终可以把计算机上的设计图变成实物，这一技术具有鲜明的技术特点，操作简单易懂，是一种具有极大潜力、能够在多个方面产生作用、发挥优势的高科技。
一、3D打印技术国内外研究现状
20世纪80年代末，美国的一位科学家最早发明了一台专门用于商业行为的3D打印机，这引起了人们的关注，之后美国ZCorp公司从麻省理工学院获得授权开始进行3D打印机的开发。早期就有科研团队利用3D打印机制成汽车，之后这一技术逐渐被用于多个产业。早期经常被用于模具的制造、工业设计以及某些专业零件的制作，但这种技术与一般的打印技术相比，层次更高，技术水平要求也更高，该技术具体操作过程中采用的材料、操作步骤也比普通打印要复杂得多。之所以通俗地称其为“打印机”是因为3D打印参照了普通打印机的技术原理，因此才将其称为3D层面的打印技术，这种技术一般通过数字技术材料打印机实现。
随着国外3D打印技术的不断发展以及取得的成功，国内关于3D打印技术的研究也开始逐渐发展，这一技术最开始引起了不少企业和高校的关注，杭州、深圳、武汉、北京地区分布着一些大力致力于3D打印技术研究并且已经取得一些进展的企业，其中北京地区的隆源等企业已经上市。但我国3D打印技术与国外发展水平相比还相去甚远，大部分企业进行这方面的技术研究时，都是代理国外先进的3D打印设备，缺乏先进的、独立研发的打印技术，有些企业甚至都放弃了这一技术的研究，一味依靠国外技术的发展，缺乏独立思考进行探索的勇气和探索力，出现这一现象的主要原因除了缺少独自思考的习惯，还包括科研资金短缺的问题，关于高校研究方面，清华大学，华中科技大学，西安交通大学，北京航空航天大学等同样采取从国外购买设备的方式进行进一步研究最终建立一个3D打印研究平台，进行相关技术的研发，相对而言取得了较好的成绩，这些高校的研究結果也在我国产业各方面得到了应用。
二、仿人机器人研究现状
仿人机器人是机器人技术中的一个重要研究课题，其研究大概开始于本世纪的60年代末，虽然发展时间较晚，但发展势头迅猛，而双足机器人是仿人机器人研究的重要基础。双足机器人是模仿人类移动方式，进行高度自动化的一种先进的高科技机器人。美国是最早进行机器人研究的国家，日本虽然起步较慢，但其研究者巧妙的将半导体机械技术结合，使得日本机器人发达程度超过了美国，目前仍居于世界第一。当今发达社会，80%的机器人是日本制造的，目前国内外许多学者正从事于这一领域的研究，如今仿人机器人已成为机器人技术领域的主要研究方向之一。我国仿人机器人主要在包括国防科技大学、哈爾滨工业大学、北京理工大学、清华大学、上海交通大学、中国科学技术大学等在内的高校进行，它们致力于研制仿人机器人样机。
三、基于3D打印技术的仿真机器人
目前关于双足机器人的研究主要包括以下几个方面：双足机器人步行仿真研究、双足机器人运动控制系统的研究，仿人机器人中最难以解决的问题在于模拟人类双足步行系统的建立和后续的稳定性研究，该过程一般通过动力学仿真软件和MATLAB来实现，基于3D打印机进行的机器人研究处于我国目前的机器人研究的试验和探索阶段，这是一种全新的技术方法的采用，有学者针对3D打印机的性能特点，提出了一种基于3D打印技术建立的并联机器人方案，经进一步可行性分析，结果表明：以并联机构为核心结构的机器人具有很好的运动以及动力学性能，可以作为3D打印技术中相关行业的工具加以应用。本文在此研究基础上，基于3D打印技术，尝试建立双足机器人实验平台，探索3D打印技术的高科技应用。
仿人机器人即“模仿人类行为进行正常指定活动的高性能机器人”，这种机器人正是在人体研究的基础上经专业研究人员发展和构建起来的，仿人机器人的性能和形体结构的研究都是在人体研究基础之上进行的，而正因为人的构造是长期自然发展而形成的，所以具有最优性，如能量最优，关节配置最优等。为了使所设计的仿人机器人更能贴近于人，最终所要设计的仿人机器人整体身高大约为1.2米，在参考国内外仿人机器人的研究基础上，本文研究认为，双足机器人至少需要12个自由度才能满足要求，即髋关节3个、膝关节1个、踝关节2个，为了之后的大批量生产，除了必要的零件和电机外，其余零件均利用3D打印技术来完成。
采用Maxon电机为机器人提供动力，并选用基于倒立摆的步态规划方法对双足机器人进行步态规划，步态规划需要收集地面相关信息，建立物理方程，这里就不再赘述，之后，为进一步确保机器人可操作性和灵活性，采用ZMP稳定性判定准则分析机器人行走时的动态稳定性，最后利用ADAMS软件快速方便地创建完全参数化的机械系统几何模型，然后在几何模型上施加力、力矩和运动激励的实际运动状况，评估机器人设计和稳定性技术构建的可行性，执行一组与实际状况十分接近的仿真测试，分析机械系统的实际运动状况。如果结果可行，证明研究成功，如果数据显示有问题，则需观察相关数据，确定出现问题的步骤，重新进行研究和分析。
四、结束语
综上所述，随着国外3D打印技术的不断发展，基于3D打印技术的双足机器人创新实验将继续发展下去，这一技术将给机器人研究领域带来新的革命。
参考文献：
[1]薛国芳.基于3D打印技术的并联机器人机构的动力学研究[J].机床与液压，2016（45）：20-23.
[2]杨亮.基于3D打印技术的桌面足球机器人比赛系统[J].实验室研究与探索，2016（35）：66-68.
[3]杨亮.基于3D打印技术的双足机器人创新实验平台[J].实验技术与管理，2016（33）：131-133.
[4]常定勇.多输出3D打印冗余并联机器人的设计与分析[J].中国机械工程，2015（12）：93-94.
作者简介：
支铁山（1991.1.10—），男，甘肃张掖人，学士，广西理工职业技术学院，研究方向：3D打印机器人方向。