精选
文章导读
陶瓷艺术作为人类文明的瑰宝，承载着数千年的文化底蕴。然而，传统陶艺制作依赖匠人的精湛技艺，耗时耗力且难以规模化。随着科技的进步，如何将现代技术与传统工艺结合，成为艺术创新的重要课题。近期，苏州大学王拓教授、张薇博士与陈逸阳教授、王桂娜教授，以及相关研究生联合在 Symmetry 期刊发表了题为“Visual Localization and Path Planning for a Dual-Arm Collaborative Pottery Robot”的研究性论文。该文通过机器视觉定位与路径规划技术，研发了一款对称双臂协同陶艺机器人，旨在探索艺术与技术融合的新路径。这一突破不仅为陶艺创作注入了科技活力，更为艺术与技术的深度融合提供了全新范例。本研究初步攻克了UR协作式机器人同传统手工艺进行相互耦合的关键技术，为未来AI在传统工艺类非物质文化遗产领域的标准化应用，实现非物质文化遗产的创造性转化与创新性发展开辟了新的科学与研究路径。
紫砂茶壶制作中拍击动作的仿真
研究过程与成果
本文的成果主要基于宜兴紫砂陶制作技艺的田野调研及传承人口述历史的挖掘和研究，探索运用“AI智能”机械臂机器人赋能传统紫砂陶器成型过程中的效能路径，以实现“AI智能机器人”与传统技艺类非遗项目的深度融合。研究团队以紫砂壶制作为研究对象，研发一款对称的双臂协同陶艺机器人，并依靠视觉定位和路径规划在仿真中完成陶艺制作中的拍击动作。
1. 视觉定位技术
陶艺机器人对称地搭载了两台Intel RealSense D435i深度摄像头，通过多角度数据采集和手眼校准技术，精准识别陶坯的位置与姿态。研究团队采用27×27的棋盘格标定板进行相机校准，结合计算机视觉算法提取陶坯轮廓特征，实现了从二维图像到三维空间坐标的高精度转换。这一技术确保了机器人在复杂环境下仍能稳定工作，即使部分视角被遮挡，系统也能通过其他视角的数据完成定位。
视觉定位的位姿转换
2. 路径规划与双臂协同控制
机器人采用UR5机械臂，基于D-H参数法建立运动学模型，并通过逆运动学算法计算关节角度。研究团队在笛卡尔空间中进行轨迹规划，模拟陶艺师拍打壶身的动作。左机械臂负责固定陶坯内壁，右机械臂持木拍工具沿预设轨迹拍打陶坯，通过动态调整速度和力度，确保陶坯受力均匀，避免变形或开裂。实验数据显示，机械臂在接近陶坯时减速以保证精度，拍打完成后快速撤回，实现了高效且柔和的协同操作。
3. 仿真与实验验证
在MATLAB平台上，团队对机械臂的运动轨迹和动力学性能进行了仿真验证。结果显示，机器人能够精准复现传统拍打动作，且系统重复定位精度达到0.03毫米。通过优化控制算法，机器人能够适应不同陶坯形状和硬度，展现出极高的灵活性和稳定性。
右臂拍击壶身时各个关节的速度、加速度
研究总结
针对艺术机器人领域存在的理论空白和技术缺陷，本文提出了陶艺机器人的概念，首次将双机械臂协同技术与机器视觉结合，实现了陶艺制作的全程自动化，为陶艺创作开辟了一条新的道路。对称陶艺机器人整体上通过减速接近、加速离开的分段速度控制机械臂，结合动态加速度调整和空间曲线规划，模拟了手工拍拍的灵活性和随机性，既保证了陶瓷坯体成型纹理的均匀，又提高了自动化操作的效率。右臂关节速度从0逐渐减小到−12，表示机械臂在接近粘土坯时不断减速，以保证攻丝动作的精度和软接触，避免变形或速度过快导致坯料损坏；然后，速度值突然跃升至50和100，对应的是机械臂在攻丝完成后的快速缩回动作，通过加速远离坯料，实现高频往复运动。陶艺机器人能够精准执行复杂动作，保留陶艺的手工质感，同时提升创作效率。该技术可拓展至教育、文化遗产保护等领域，助力传统工艺的传承与创新。
原文出自 Symmetry 期刊：https://www.mdpi.com/3249938
期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/symmetry
Symmetry 期刊介绍
主编：Sergei D. Odintsov, Institute of Space Sciences (ICE-CSIC), Spain
期刊主题涵盖了所有科学研究中有关对称/非对称现象的理论和应用研究，主要包括数学、计算机、工程材料、物理学、化学、生命科学等领域的最新进展。期刊已被 Scopus、SCIE (Web of Science)、CAPlus/SciFinder 等多家知名数据库收录。
2023 Impact Factor：2.2
2023 CiteScore：5.4
Time to First Decision：17.3 Days
Acceptance to Publication：3.7 Days
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