斯坦福生物機器人實驗室是一家主要涉及醫(yī)療和工業(yè)應用機器人發(fā)展的大學研究團隊。但是在2006年，該團隊開始研發(fā)個人機器人，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工作的機器人，比如打開電冰箱門并且從內(nèi)部取回一件物品。另一個設計要求是專注于人類安全的問題，也就是在人類環(huán)境工作并保護人類避免受到傷害。
      為了達到這些目的，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面上移動， 以及越過略微不平的表面和過渡處，比如門邊框和電源線。最終的設計思想是：它由一個固定在具有二個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干并使它能夠旋轉。
    為了操作并與家庭物品相互作用（舉例來說， 工具、器具和容器等），該機器人被預想有兩個臂，與人的手臂有相似的大小、力量和靈巧特性。該要求提出了一個非常有意義的工程學挑戰(zhàn)，這是由于對于真人大小工業(yè)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，每一個手臂有7個自由度：肩關節(jié)的屈伸、傾斜和旋轉，肘關節(jié)的彎曲，前臂旋轉，腕關節(jié)的彎曲與旋轉。手臂能夠抬起重達5公斤的負載。為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系統(tǒng)被利用。該重力補償系統(tǒng)是由手臂內(nèi)的壓縮彈簧、高精度齒輪傳動小電動機和鋼性同步傳送帶聯(lián)合而組成的，可以被動地浮動手臂和有效載荷貫穿在整個的運動范圍。這種方法的好處是減少了在手臂內(nèi)的大電機的需要，并且可以利用后向可驅動傳輸。 后向可驅動傳輸是尤其重要的， 由于它能相反于機器人的運動而向后推，從而保證了在未組織真實世界環(huán)境中人與機器人的安全。
    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節(jié)，然后利用驅動帶跨越一段距離來傳遞運動。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所必須的凈扭矩，并且減少手臂將會傷害那些它意外碰到的東西的可能性。最后，驅動帶的使用是更優(yōu)于齒輪的，這是因為驅動帶系統(tǒng)能夠被構造成實質上沒有后沖力。

激光成型
    這種手臂系統(tǒng)的機械極端復雜性使得大量的模型制作循環(huán)成為必要，該研究團隊發(fā)現(xiàn)它是非常耗費時間并且花費是無法承受的。一款相干公司的OmniBeam激光加工中心已經(jīng)可以實現(xiàn)快速成型的目的。
    OmniBeam配備了一臺500W的二氧化碳激光器和一套工作面積超過1.2m×1.2m的運動系統(tǒng)（可以處理厚度達30 mm的物件，依賴于材料）。依賴于材料，該系統(tǒng)切割速度可以達到50m/min,切割的尺寸精度達到25 µm (可重復性精度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格式文件的應用軟件中被創(chuàng)造。這些文件只是通過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是非常好的匹配于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由膠合板制作而成的成型機器人手臂的一個片段，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。為了達到必要的力量與重量比率，制作者使用了榫眼和凸榫結構，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，該激光切割機予以了所必需的精度去制造出用于齒輪和傳送帶驅動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的鋁板用于電機固定，有時用于處理薄鋼板（1.6 mm - 3.2 mm范圍）制造出更高強度的部件。
    此外，還發(fā)現(xiàn)該激光切割機的靈活性和精度對于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厚的薄鋼片用于制作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里加工的，因為它們太脆弱了以至于難以被夾具夾住。

結論
    個人機器人項目的長期目標是發(fā)展一個平臺，使得其他的研究團隊可以建立于該平臺之上。斯坦福生物機器人實驗室?guī)砹耸覂?nèi)快速成型的能力，并能成功地發(fā)展了PR-1型個人機器人。他們現(xiàn)在與Willow Garage公司成為伙伴，Willow Garage公司已經(jīng)采納了這種獨創(chuàng)的設計思想并且進一步精煉了它們。他們的PR2機器人是由金屬構造而成的，當前可用于其他的設備中，并且可以被一個正在成長的研究團體所利用，這些研究團體現(xiàn)在能夠合作使用一個標準的平臺。
   

    個人機器人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機器人手臂概念
   
   

    相干激光加工中心加工而成的典型機構