斯坦福生物機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室是一家主要涉及醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用機(jī)器人發(fā)展的大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)。但是在2006年，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研發(fā)個(gè)人機(jī)器人，也就是那種在家庭環(huán)境中操作并且具備充分靈巧性去履行一些基本的家務(wù)工作的機(jī)器人，比如打開(kāi)電冰箱門(mén)并且從內(nèi)部取回一件物品。另一個(gè)設(shè)計(jì)要求是專注于人類安全的問(wèn)題，也就是在人類環(huán)境工作并保護(hù)人類避免受到傷害。
      為了達(dá)到這些目的，這種機(jī)器人被要求設(shè)計(jì)成沒(méi)有困難地在家中通常遇到的表面上移動(dòng)， 以及越過(guò)略微不平的表面和過(guò)渡處，比如門(mén)邊框和電源線。最終的設(shè)計(jì)思想是：它由一個(gè)固定在具有二個(gè)自由度移動(dòng)的充氣輪胎上的底基構(gòu)成，該全方位的底基支撐著機(jī)器人軀干并使它能夠旋轉(zhuǎn)。
    為了操作并與家庭物品相互作用（舉例來(lái)說(shuō)， 工具、器具和容器等），該機(jī)器人被預(yù)想有兩個(gè)臂，與人的手臂有相似的大小、力量和靈巧特性。該要求提出了一個(gè)非常有意義的工程學(xué)挑戰(zhàn)，這是由于對(duì)于真人大小工業(yè)機(jī)器人的有效載荷率（有效載荷重量/操作者重量）典型地是大約1:10，而真人手臂的有效載荷率大約是1:1。
    依照設(shè)計(jì)，每一個(gè)手臂有7個(gè)自由度：肩關(guān)節(jié)的屈伸、傾斜和旋轉(zhuǎn)，肘關(guān)節(jié)的彎曲，前臂旋轉(zhuǎn)，腕關(guān)節(jié)的彎曲與旋轉(zhuǎn)。手臂能夠抬起重達(dá)5公斤的負(fù)載。為了在確保安全的同時(shí)達(dá)到運(yùn)動(dòng)和有效載荷能力的結(jié)合，一種巧妙的重力補(bǔ)償系統(tǒng)被利用。該重力補(bǔ)償系統(tǒng)是由手臂內(nèi)的壓縮彈簧、高精度齒輪傳動(dòng)小電動(dòng)機(jī)和鋼性同步傳送帶聯(lián)合而組成的，可以被動(dòng)地浮動(dòng)手臂和有效載荷貫穿在整個(gè)的運(yùn)動(dòng)范圍。這種方法的好處是減少了在手臂內(nèi)的大電機(jī)的需要，并且可以利用后向可驅(qū)動(dòng)傳輸。 后向可驅(qū)動(dòng)傳輸是尤其重要的， 由于它能相反于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)而向后推，從而保證了在未組織真實(shí)世界環(huán)境中人與機(jī)器人的安全。
    這些手臂的基本設(shè)計(jì)方法是定位上部分和肘驅(qū)動(dòng)電機(jī)盡可能地靠近肩關(guān)節(jié)，然后利用驅(qū)動(dòng)帶跨越一段距離來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)。這樣做的目的是為了保持朝向肩部的重量分配，如此可以最少化電機(jī)所必須的凈扭矩，并且減少手臂將會(huì)傷害那些它意外碰到的東西的可能性。最后，驅(qū)動(dòng)帶的使用是更優(yōu)于齒輪的，這是因?yàn)轵?qū)動(dòng)帶系統(tǒng)能夠被構(gòu)造成實(shí)質(zhì)上沒(méi)有后沖力。

激光成型
    這種手臂系統(tǒng)的機(jī)械極端復(fù)雜性使得大量的模型制作循環(huán)成為必要，該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)它是非常耗費(fèi)時(shí)間并且花費(fèi)是無(wú)法承受的。一款相干公司的OmniBeam激光加工中心已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)快速成型的目的。
    OmniBeam配備了一臺(tái)500W的二氧化碳激光器和一套工作面積超過(guò)1.2m×1.2m的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（可以處理厚度達(dá)30 mm的物件，依賴于材料）。依賴于材料，該系統(tǒng)切割速度可以達(dá)到50m/min,切割的尺寸精度達(dá)到25 µm (可重復(fù)性精度5 µm)。部件制圖可以在SolidWorks或者一些其他的可以生成DXF、DWG、AI、HPGL、Gerber、JPG、BMP或TIF格式文件的應(yīng)用軟件中被創(chuàng)造。這些文件只是通過(guò)軟件的打印命令就可以被送到切割系統(tǒng)。
    二氧化碳激光器的切割特性被證實(shí)是非常好的匹配于斯坦福生物機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的成型需求。尤其是，激光器的中紅外輸出能夠被寬范圍的不同材料很好地吸收，這些材料包括塑料、紙、膠片和碳纖維，激光器的直接輸出能量也可以切割薄金屬。再加上精密控制切割參數(shù)的能力，使得該激光系統(tǒng)可以工作在許多模式，如切割、劃線、打孔和雕刻。
    這張照片顯示了一個(gè)由膠合板制作而成的成型機(jī)器人手臂的一個(gè)片段，代表性地，該3維結(jié)構(gòu)模型是由6 mm厚的膠合板片構(gòu)造而成的，這種材料提供了完美的硬度和力量，用相干公司的激光切割系統(tǒng)是很容易地切割到被要求的精度。為了達(dá)到必要的力量與重量比率，制作者使用了榫眼和凸榫結(jié)構(gòu)，與定位銷、環(huán)氧接合劑和木制螺絲固定物相組合。膠合板也是一種非常堅(jiān)硬的材料，允許將金屬軸承壓入配合到由它制作成的零部件，并且激光切割機(jī)可以生產(chǎn)出用于這種壓入配合的帶有必要公差的孔。此外，該激光切割機(jī)予以了所必需的精度去制造出用于齒輪和傳送帶驅(qū)動(dòng)輪上的完美輪齒外形。就金屬而言，該激光切割系統(tǒng)可用于切割1 mm的鋁板用于電機(jī)固定，有時(shí)用于處理薄鋼板（1.6 mm - 3.2 mm范圍）制造出更高強(qiáng)度的部件。
    此外，還發(fā)現(xiàn)該激光切割機(jī)的靈活性和精度對(duì)于實(shí)驗(yàn)室中各種各樣的其他任務(wù)是很有用的。這包括切割0.13 mm厚的薄鋼片用于制作PCB機(jī)構(gòu)的模板。非常薄的材料（如膠片或紙張）也可以被處理，這些材料是不可能在工廠里加工的，因?yàn)樗鼈兲嗳趿艘灾劣陔y以被夾具夾住。

結(jié)論
    個(gè)人機(jī)器人項(xiàng)目的長(zhǎng)期目標(biāo)是發(fā)展一個(gè)平臺(tái)，使得其他的研究團(tuán)隊(duì)可以建立于該平臺(tái)之上。斯坦福生物機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室?guī)?lái)了室內(nèi)快速成型的能力，并能成功地發(fā)展了PR-1型個(gè)人機(jī)器人。他們現(xiàn)在與Willow Garage公司成為伙伴，Willow Garage公司已經(jīng)采納了這種獨(dú)創(chuàng)的設(shè)計(jì)思想并且進(jìn)一步精煉了它們。他們的PR2機(jī)器人是由金屬構(gòu)造而成的，當(dāng)前可用于其他的設(shè)備中，并且可以被一個(gè)正在成長(zhǎng)的研究團(tuán)體所利用，這些研究團(tuán)體現(xiàn)在能夠合作使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)。
   

    個(gè)人機(jī)器人PR-1模型
   

    相干公司的Beam激光加工中心
   
   

   
    早期的由膠合板成型的PR-1機(jī)器人手臂概念
   
   

    相干激光加工中心加工而成的典型機(jī)構(gòu)