Инженеры из Швейцарии и Израиля создали робота для горячего вырезания фигур сложной формы из пенополистирола. Он держит двумя руками нагреваемую проволоку и меняет в процессе резки ее изгиб, чтобы вырезать поверхности сложной формы. Статья будет представлена на конференции SIGGRAPH 2020.

Терморезак — это простой инструмент, позволяющий быстро вырезать из пенополистирола фигуры разной формы. Его можно использовать как альтернативу 3D-принтеру для быстрого прототипирования или как инструмент для полноценного создания деталей. Например, терморезаки части используют в авиамоделировании.

Терморезак состоит из натянутой металлической проволоки, нагреваемой электрическим током, что позволяет расплавлять пенополистирол при соприкосновении с ним. Двигая проволоку относительно куска пенополистирола, можно управлять конечной формой предмета, но она так или иначе будет образована линейчатыми поверхностями, поэтому этот инструмент нельзя использовать для создания вогнутых поверхностей, а для создания выпуклых часто приходится делать много срезов.

Инженеры под руководством Стелиана Короса (Stelian Coros) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха создали терморезак с активно изгибаемой во время резки проволокой, что позволяет создавать более сложные поверхности. Чтобы проволоку было просто изгибать и двигать, разработчики поместили ее между двумя руками робота YuMi. Двигая концами двух манипуляторов он может не только поворачивать проволоку, но и менять степень ее натяжения и изгибать

Алгоритм управления роботом получает желаемую форму предмета и рассчитывает для нее траектории движения обоих манипуляторов. Траектории состоят из множества дискретных кривых, применив к которым интерполяцию можно получить единую поверхность среза. Для каждого среза алгоритм рассчитывает такой набор кривых, чтобы по итогам среза как можно сильнее уменьшить разницу между поверхностью модели предмета и поверхностью среза. На каждом следующем шаге он рассчитывает текущее отклонение от идеальной формы и создает новый набор кривых для его минимизации.

Поверхность среза, образованная множеством кривых / Simon Duenser et al. / SIGGRAPH 2020

Разработчики продемонстрировали способности робота на нескольких примерах, часть из которых в принципе не могла быть вырезана с помощью обычного терморезака: сфере, вогнутой поверхности и стенфордском кролике — классической фигуре, применяемой в статьях по компьютерному моделированию.