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用免費軟體動手做機器人!

文/黃渝婷.攝影/張裕民

除了硬體,在製作機器人(或是其他東西)時,還會用到一個很重要的東西,那就是軟體。市面上的軟體有很多種,端看使用者個人的喜好,不過如果有軟體能夠幫你將設計到零件出貨都整合在一起,你會不會想試試看呢?

RS Components 結合他們身為零件代理商的優勢, 提供了DesignSpark PCB 與DesignSpark Mechanical 這兩套可以協助使用者整合產品設計到成品輸出的軟體。另外,RSComponents 更創辦了DesignSpark 這個工程師線上支援平臺,提供給機械領域、自動化領域等相關產業的工程師、老師、學生、業界人士,甚至是單純只想動手做的自造者們一個軟體下載、資訊分享和吸收新資訊的溝通管道。

前言

想要製作機器人, 除了購買市售的機器人套件外,喜歡動手做的自造者們也開始自行設計出具有個人特色的機器人。你可能聽過電路設計專用的「EAGLE」, 或是3D 繪圖軟體「123D」、「Sketchup」等,這些軟體可能會需要付費或是完全免費。但不管你使用的是哪套軟體,如果在設計完成後因為一個元件遍尋不著、預算金額不符等原因,而導致無法使你的創意成形,那不是很掃興嗎?

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RS Components 的亞太技術市場營銷總監 李國豪。

本次藉由採訪RS Components 的亞太技術市場營銷總監李國豪先生,幫大家介紹兩套DesignSpark 提供的免費軟體: 一款是專門設計PCB 板布線, 更將零件通路與PCB 板的製板廠商都整合在一起的DesignSparkPCB; 還有使用直觀建模, 讓使用者易於上手, 可用來設計3D 模型的DesignSpark Mechanical。這兩套軟體結合了RS Components 公司本身50 萬種電子產品的龐大資料庫,因此比起其他軟體,還多了零件查詢、庫存顯示、製作報價等服務,提供一個更方便、更省時的軟體選擇。

RS Components 與DesignSpark

RS Components( 以下簡稱RS)是一家源自英國的線上零件代理商,至今已營運了76 個年頭。目前他們已累積了50 萬種產品, 包括電子、電氣、機械元件及自動化產品供全世界的使用者購買,相較於大量的零件購買,RS 比較偏向於小批量、快速出貨的服務。

RS 除了提供零件, 也包含維修的服務, 而其於2010 創辦的DesignSpark 工程師線上支援平臺,更提供了使用者一個分享創意、了解新資訊、討論互動的交流平臺。此外,DesignSpark 還提供許多服務,如電子雜誌DesignSpark Magazine( 分為與電子設計相關與針對自動化工業控制的3D 設計兩種)、 Design Share交流區,以及免費的線上工程模型資料庫,包括了原理圖資料庫、 PCB 組件資料庫和2D、3D 模型資料庫等。DesignSpark 還提供兩套免費下載的軟體, 分別是DesignSpark PCB 和DesignSpark Mechanical。

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李國豪為我們介紹新開發的RS Toolbox 手 機應用程式。

由於智慧型手機這類高科技電子產品發展得愈發蓬勃,RS 為了讓使用者可以用更便利的方式查詢零件資訊, 特地針對智慧型手機設計了RS Toolbox 這款APP ,讓使用者可以直接在計算工具上修改數值,來得到適合元件使用的環境參數,包含周邊電阻與電容值,或者是適合的IC 等。除此之外,還可連接DesignSpark 交流平臺,讓使用者只需透過手機就能互相分享資源,美中不足的地方在於目前只有提供iOS 的版本,不過李國豪表示未來也將開發適用於Android 手機的APP。

DesignSpark 官網

這兩套軟體如何幫助我們製作機器人?

● DesignSpark PCB

電路板之於機器人,重要性如大腦之於人類。最後畫龍點睛、讓機器人能夠順利動起來的不外乎是這塊小小的板子。除了現在市面上容易入手的Arduino、Raspberry Pi 這類可直接拿來使用的開放硬體,可是如果這些開發板不符合你的需求時,該怎麼辦呢?本身已經有電子基礎的人會想:「不如就自行製作吧!」但可能礙於設計製作、尋找零件、量產等困難而作罷。

RS 為了讓使用者省去這些繁複的步驟, 從2010 年7 月起推出DesignSpark PCB ,到目前為止最新版本為第六版( 目前無繁體中文版,有英文版),此軟體除了可讓使用者進行電路板的布線設計外,還提供輸出PCB 板成品的管道。讓使用者可在此軟體上規劃PCB 板的布線, 並可用3D 模式檢視電路板整體外觀設計(圖1);更提供即時設計確認及電路計算功能(圖2),可幫助工程師找出布線時可能產生的短路,檢查當電流突然變大時哪些元件會受到影響等。

當PCB 板完成設計後, 所用的零件要去哪裡購買呢? DesignSparkPCB 除了可輸出製作PCB 板所需的gerber 檔外, 還可匯出在設計上所使用到的物料清單表( 圖3)。依照過往的慣例工程師都需要自行聯繫元件廠商,以確認電路板上所用元件的庫存及供貨狀況, 現在只要連上DesignSpark PCB 內的線上目錄,選擇所在地區並創立帳號之後,就可看到RS 的元件庫存資料以及報價,將有庫存(或符合金額)的元件放入設計檔中,進而避免因元件無庫存使得設計完成後,拖延到電路板整體完工的時間。同時,也可在網站上執行電路板實體輸出的動作(圖4),而RS會自動替你挑選離你較近的製板廠商來提供報價與製作的服務(圖5)。

亞太技術市場營銷總監李國豪說:「相較於成本, 電子設計工程師關注的重點較偏重於PCB 板實際能夠製作出來的交期。」也是因為這樣,DesignSpark PCB 這套軟體才會選擇提供小批量、庫存查詢與線上報價製板等快速的服務,讓不論是業餘愛好者或專業工程師都不需離開自己的座位就可以完成整個PCB 板的製作。

圖1

圖1 用3D 模式檢視電路板整體外觀設計。

圖5

圖5 製板廠商提供報價與製作的服務。

圖4

圖4 在網站上執行電路板實體輸出的動作。

圖3

圖3 匯出在設計上所使用到的物料清單表。

圖2

圖2 即時設計確認及電路計算功能。

DesignSpark PCB 下載

● DesignSpark Mechanical

RS 與SpaceClaim 這家強調採用直觀建模的廠商合作, 於2013 年9 月推出DesignSpark Mechanical 這套3D 建模軟體(有繁體中文版),同樣強調使用直觀建模的方式讓使用者可以快速上手。不過相信大家都有一個疑問,DesignSpark Mechanical 究竟有著與其他市面上的3D 建模軟體不同的特徵呢?李國豪說:「大部分3D 建模軟體使用的是特徵建模的方式,希望使用者先具備專業的CAD 技能,以提高3D 建模的完成度。理所當然的,這些軟體可以提供較高端的設計服務,但RS 的主要訴求是讓使用者快速上手,所以才推出採用直觀建模方式的DesignSpark Mechanical。」根據RS的統計,這套軟體除了專業機械設計與自動化工業控制領域的使用者之外,也有大學、研究所這類教育機構以及自造者(Maker)在使用。

在建模時,DesignSpark Mechanical主要運用填滿(Fill)、結合(Combine)、移動(Move) 與拉動(Pull) 這四種工具(圖6)。雖然只有單純的四種工具,但光是拉動這個功能就包含了五種不同的拉動方式,也可使用結合將不同的模型互相連接,甚至是裁切挖空,但如果對於3D 建模還不是很上手的使用者,也可連上網路進入RS 的線上模型庫將所需元件模型下載到電腦中(圖7),並運用上述四種工具來組合出一套完整的3D 的實體模型,再利用零件報價功能直接與元件庫存商進行報價與下單的動作(圖8)。

rs

圖6 填滿、結合、移動與拉動四種工具。

圖8

圖8 利用零件報價功能直接與元件庫存商進行報價與下單。

圖7

圖7 將RS 的線上模型庫的元件模型下載到電腦中。

由於RS 提供了豐富的資源, 搭配上直觀的建模方式, 讓你在使用DesignSpark Mechanical 時的入門標準降低不少,先決條件是只要你擁有「創意」以及「想要製作的熱忱」,這套軟體就可以快速地協助你將創意成形。不管你是想要做出一套人形機器人的外觀,或是可以進行測試的原型,DesignSpark Mechanical 這個免費的3D 建模軟體將會是你不可多得的好幫手。

當然,這兩套軟體也是一直在改進的,RS 會根據使用者的回饋來進行軟體的修改。想當然爾,DesignSpark PCB 推出的時間較久,所做的修正也較多, 李國豪也說:「我們的承諾是要給工程師一個能夠縮短設計所需的時間,並幫助其提高生產力的免費軟體。」

DesignSpark Mechanical 下載

「製作」的趨勢偏向整合

不過, 李國豪表示,DesignSpark Mechanical 這套軟體目前才推出半年,短期的目標是要先讓使用者了解直觀建模的概念與便利之處,才會有更多人願意使用。

近年來,RS 更發覺到現在的軟體趨勢逐漸偏向整合, 產品的設計時間也變得愈來愈短, 工程師需要同步進行電路設計和機械設計, 因此DesignSpark PCB 在最新一次的改版中增加了可將PCB 板匯出至3D 設計的功能, 並且能將檔案與DesignSpark Mechanical 互通,使得PCB 板在設計完成後可以直接導入DesignSpark Mechanical ,讓使用者了解成品輸出後的外觀與尺寸。這樣的更新能夠幫助這兩項設計的結合,讓產品的交期能夠更迅速,產品的完整性也更高。在製作機器人時最重要的就是整合,所以這樣的結合應該可以提供不少的幫助。

成為機器人教育的輔助力量

自從RS 推出DesignSpark PCB 軟體之後, 就開始跟不同的大學合作,希望把這套軟體融入課程內。目前全球有超過150 所大學拿DesignSpark PCB 當作教學用途,在香港有三所大學用其作為電子工程的教材,並舉辦相關設計競賽、工作坊及研討會等。DesignSpark Mechanical 推出之後,也開始有大學要求與RS 合作,希望他們能提供關於這套軟體的教學素材,但RS 的計劃是先建立老師們對於DesignSpark 平臺的使用經驗,然後實際體驗使用Mechanical 軟體, 之後再開始培訓老師並提供教學素材。

關於這樣的合作方式,RS 有沒有計劃在臺灣推廣呢?李國豪樂見其成,並且表示:「因為臺灣鼓勵創新,在這領域內的發展可能性很大。許多自造者的社群也紛紛成立,許多工程師或一般自造者也都樂於投入動手做的行列。臺灣開放硬體的使用度也非常踴躍,非常有潛力。」RS 與學校的合作計劃並不是一次性的,而是希望能有長期性的合作,讓電子、機械、自動控制等相關領域的學生、老師、產業了解可以到這些省時、縮短製作時間、提供生產力的低成本軟體與資源。了解這些資源後,未來的整合將更快速。

結語

DesignSpark PCB 與DesignSpark Mechanical 所提供的服務是一個整合及小批量服務的概念,很適合個人製作與研發。RS 運用本身代理商的雄厚資源,並且在這之中尋找到屬於適合他們的發展路線(小批量、快速出貨)。目前還有許多公司及研發單習慣用大批量的生產模式來評估產品的研發設計階段,但隨著3D 列印機與開放原始碼軟硬體的發展,相信很多人都已經注意到這樣的模式已經逐漸式微(尤其是想自己動手做的人們)。RS 在社會上希望扮演的角色就是一個提供現代社會前端的研發功能和後端的維護維修這兩個階段的服務需求,他們認為這樣的小批量模式在研發端是必須且必然的。的確,想親自動手做的人愈來愈多,當個人製造已經是一個趨勢,小批量的服務也勢在必行。

現在,有了這些免費軟體和資料庫,以及互相交流分享的平臺,動手製作機器人還有什麼藉口呢?現在就趕快上DesignSpark 的網站看看有哪些新資訊,大家又提供了什麼新點子,順便下載DesignSpark PCB 和DesignSpark Mechanical 軟體來玩玩吧!

 

文章原文刊載於《ROBOCON》國際中文版2014/5月號

關於作者

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