斯坦福生物機器人實驗室是一家主要涉及醫療和工業(ye) 應用機器人發展的大學研究團隊。但是在2006年，該團隊開始研發個(ge) 人機器人，也就是那種在家庭環境中操作並且具備充分靈巧性去履行一些基本的家務工作的機器人，比如打開電冰箱門並且從(cong) 內(nei) 部取回一件物品。另一個(ge) 設計要求是專(zhuan) 注於(yu) 人類安全的問題，也就是在人類環境工作並保護人類避免受到傷(shang) 害。
      為(wei) 了達到這些目的，這種機器人被要求設計成沒有困難地在家中通常遇到的表麵上移動， 以及越過略微不平的表麵和過渡處，比如門邊框和電源線。最終的設計思想是：它由一個(ge) 固定在具有二個(ge) 自由度移動的充氣輪胎上的底基構成，該全方位的底基支撐著機器人軀幹並使它能夠旋轉。
    為(wei) 了操作並與(yu) 家庭物品相互作用（舉(ju) 例來說， 工具、器具和容器等），該機器人被預想有兩(liang) 個(ge) 臂，與(yu) 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(ge) 非常有意義(yi) 的工程學挑戰，這是由於(yu) 對於(yu) 真人大小工業(ye) 機器人的有效載荷率（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。
    依照設計，每一個(ge) 手臂有7個(ge) 自由度：肩關(guan) 節的屈伸、傾(qing) 斜和旋轉，肘關(guan) 節的彎曲，前臂旋轉，腕關(guan) 節的彎曲與(yu) 旋轉。手臂能夠抬起重達5公斤的負載。為(wei) 了在確保安全的同時達到運動和有效載荷能力的結合，一種巧妙的重力補償(chang) 係統被利用。該重力補償(chang) 係統是由手臂內(nei) 的壓縮彈簧、高精度齒輪傳(chuan) 動小電動機和鋼性同步傳(chuan) 送帶聯合而組成的，可以被動地浮動手臂和有效載荷貫穿在整個(ge) 的運動範圍。這種方法的好處是減少了在手臂內(nei) 的大電機的需要，並且可以利用後向可驅動傳(chuan) 輸。 後向可驅動傳(chuan) 輸是尤其重要的， 由於(yu) 它能相反於(yu) 機器人的運動而向後推，從(cong) 而保證了在未組織真實世界環境中人與(yu) 機器人的安全。
    這些手臂的基本設計方法是定位上部分和肘驅動電機盡可能地靠近肩關(guan) 節，然後利用驅動帶跨越一段距離來傳(chuan) 遞運動。這樣做的目的是為(wei) 了保持朝向肩部的重量分配，如此可以最少化電機所必須的淨扭矩，並且減少手臂將會(hui) 傷(shang) 害那些它意外碰到的東(dong) 西的可能性。最後，驅動帶的使用是更優(you) 於(yu) 齒輪的，這是因為(wei) 驅動帶係統能夠被構造成實質上沒有後衝(chong) 力。

激光成型
    這種手臂係統的機械極端複雜性使得大量的模型製作循環成為(wei) 必要，該研究團隊發現它是非常耗費時間並且花費是無法承受的。一款相幹公司的OmniBeam激光加工中心已經可以實現快速成型的目的。
    OmniBeam配備了一台500W的二氧化碳激光器和一套工作麵積超過1.2m×1.2m的運動係統（可以處理厚度達30 mm的物件，依賴於(yu) 材料）。依賴於(yu) 材料，該係統切割速度可以達到50m/min,切割的尺寸精度達到25 µm (可重複性精度5 µm)。部件製圖可以在SolidWorks或者一些其他的可以生成DXF、DWG、AI、HPGL、Gerber、JPG、BMP或TIF格式文件的應用軟件中被創造。這些文件隻是通過軟件的打印命令就可以被送到切割係統。
    二氧化碳激光器的切割特性被證實是非常好的匹配於(yu) 斯坦福生物機器人實驗室的成型需求。尤其是，激光器的中紅外輸出能夠被寬範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。再加上精密控製切割參數的能力，使得該激光係統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(ge) 由膠合板製作而成的成型機器人手臂的一個(ge) 片段，代表性地，該3維結構模型是由6 mm厚的膠合板片構造而成的，這種材料提供了完美的硬度和力量，用相幹公司的激光切割係統是很容易地切割到被要求的精度。為(wei) 了達到必要的力量與(yu) 重量比率，製作者使用了榫眼和凸榫結構，與(yu) 定位銷、環氧接合劑和木製螺絲(si) 固定物相組合。膠合板也是一種非常堅硬的材料，允許將金屬軸承壓入配合到由它製作成的零部件，並且激光切割機可以生產(chan) 出用於(yu) 這種壓入配合的帶有必要公差的孔。此外，該激光切割機予以了所必需的精度去製造出用於(yu) 齒輪和傳(chuan) 送帶驅動輪上的完美輪齒外形。就金屬而言，該激光切割係統可用於(yu) 切割1 mm的鋁板用於(yu) 電機固定，有時用於(yu) 處理薄鋼板（1.6 mm - 3.2 mm範圍）製造出更高強度的部件。
    此外，還發現該激光切割機的靈活性和精度對於(yu) 實驗室中各種各樣的其他任務是很有用的。這包括切割0.13 mm厚的薄鋼片用於(yu) 製作PCB機構的模板。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裏加工的，因為(wei) 它們(men) 太脆弱了以至於(yu) 難以被夾具夾住。

結論
    個(ge) 人機器人項目的長期目標是發展一個(ge) 平台，使得其他的研究團隊可以建立於(yu) 該平台之上。斯坦福生物機器人實驗室帶來了室內(nei) 快速成型的能力，並能成功地發展了PR-1型個(ge) 人機器人。他們(men) 現在與(yu) Willow Garage公司成為(wei) 夥(huo) 伴，Willow Garage公司已經采納了這種獨創的設計思想並且進一步精煉了它們(men) 。他們(men) 的PR2機器人是由金屬構造而成的，當前可用於(yu) 其他的設備中，並且可以被一個(ge) 正在成長的研究團體(ti) 所利用，這些研究團體(ti) 現在能夠合作使用一個(ge) 標準的平台。
   

    個(ge) 人機器人PR-1模型
   

    相幹公司的Beam激光加工中心
   
   

   
    早期的由膠合板成型的PR-1機器人手臂概念
   
   

    相幹激光加工中心加工而成的典型機構