来自:量子位(ID:QbitAI)
依旧是来自华为天才少年稚晖君,还是他迄今为止搞的项目中,最复杂的那种。![](https://filescdn.proginn.com/d111f056689d032fb7c3838bc8c5b869/8f9ea9d29151c8e1a115716ab50db0cd.webp)
在“葡萄包扎术”后,原本裂开小口的它,变成了这个样子:![](https://filescdn.proginn.com/cc7763eedae00ada251ceb29f8221836/499c51e460b3e43af7a16d1f461522ee.webp)
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但毕竟头顶着“B站野生钢铁侠”光环的稚晖君,都说这是自己最复杂的项目(耗时4个月),硬核程度定然不仅于此。真实情况是——这台机械臂,里里外外全部出自稚晖君之手!于是乎,很自然的,弹幕再次被网友刷疯,来感受一下这个feel(满屏的“国粹”):![](https://filescdn.proginn.com/b1017cbdaba751a2443f0c91ea5169de/47683ea9988c8203b698250631bcc17e.webp)
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真正的机械臂该有的样子
例如把刚才机械臂的末端,换成“力反馈夹爪”,就秒变成了可以夹薯片的机械臂:![](https://filescdn.proginn.com/25f694bda521ee43fc210737008d017b/f987b92ba75fb662fedc845d98d1cd8a.webp)
除了“力反馈夹爪”,若是换成不同效应器,那可以实现的结果也会不同:![](https://filescdn.proginn.com/08cdd38ff7a4daa4ba9c4a021775bf8d/3b4bba41f9584bd8a8c380f57af4ff5c.webp)
例如结合比较前沿的技术,增强现实 (AR)——真正的“指哪打哪”了。而这个示教器也是出自稚晖君之手,用他的话来说就是:![](https://filescdn.proginn.com/d2b429c142241fbc2f64acd1724ee87b/9cb6e3b4b00b6c44f4b1adc4984c09a7.webp)
这便是稚晖君设计的无线智能小终端,也是这台机械臂的“伴侣”了。它可以通过低功耗蓝牙和机械臂进行无感连接,而在连接之后,就可以实时显示机械臂的各种状态信息、切换各种功能了。![](https://filescdn.proginn.com/437757148fd7f934ed53e34e423a2796/2bd8d1f4ae33fa411089ed3382b062a7.webp)
而较为极客的2两种方法:通过串口和命令行,也有的哈。![](https://filescdn.proginn.com/7e72d5fa46f46a809a05e2b7b100751d/5b26b3f5d8332633b755b1742b3bc464.webp)
如何打造钢铁侠的机械臂?
这台看起来很酷炫的“手子”,属于小型高精度6轴机械臂。整体来说,机械臂的打造主要分为四大部分:机械臂设计、闭环伺服、控制器和空间定位装置,分别对应机器人的躯干、心脏、小脑和眼睛。机械臂设计,指机械臂的“躯干”,让机械臂能稳定运动的必要步骤,包括机械分析、外观设计(3D建模)、选材等。当然,这里的设计并不那么容易。光是版本稿,就多达150多版:![](https://filescdn.proginn.com/5434029226d47d18ffbea091fffe7beb/30d27ef8cec999766d1b442630d17ab5.webp)
为了确保稳定+便宜美观,最后的机械臂主体采用了铝CNC(数控)加工(确保稳定),装饰再采用3D打印进行制作(节省成本)。其中,CNC部分是稚晖君拜托“家里有厂”的UP主@XIKII拆机狂魔你西哥 帮忙制作的,全部的8个金属件一共耗时半个月:![](https://filescdn.proginn.com/744e129eed4b789755c9f26fad752afb/8dc0c4172baba76b011e388c3fae67e4.webp)
最后的外观设计出来,是酱婶的(中国红&钢铁侠红),别说还挺好看:![](https://filescdn.proginn.com/0b9f1db31afdfe51d311cf7cda426701/6773fdb49eecfdbe89bc6756eae6ff92.webp)
闭环伺服,也就是机械臂的“心脏”,用来提供让机械臂干活的动力。具体来说,软件上包括FOC算法、绝对值编码器&PID算法,CAN总线通信协议等部分,硬件上,除了电机等材料的选用,还包括散热等细节。通常来说,机械臂会采用无刷伺服电机,但这里它的体积确实比较大。由于稚晖君想做比较小巧的机械臂,所以最后采用了步进电机,搭配0背隙谐波减速器,单个驱动效果做出来是这个样子的:![](https://filescdn.proginn.com/861f4669cc702ed850786e9cce899287/a5b2e1553e062e441994dee3733e36e8.webp)
既然是6轴,最后整体采用了6个步进电机+6个谐波减速器,搭配软件设计构成了机械臂的“心脏”。控制器,指机械臂的“小脑”,用来操控机械臂的动作、来实现各种功能。除了原理上需要掌握运动学、动力学分析以外,在软硬件上还需要掌握电路设计、通信和电源管理等额外的“斜杠”技能。事实上,光是微控制单元(MCU),这台机械臂上就多达12个。其中,主控制器(采用冗余设计)和电机伺服驱动器(支持CAN总线&功率机联)的设计如下:![](https://filescdn.proginn.com/aebc05f1e0fc5c7444cfe581a08713c2/cdc6bfb4eceaf459588babc566a2eaa9.webp)
至于电路设计,也比想象中要更加复杂,毕竟要想达到上述“多控制”功能的话,除了命令行控制以外,蓝牙、无线通信的相关软硬件也需要进行考虑。没错,除了有线控制以外,蓝牙、WiFi、2.4G同样能控制这台机械臂~![](https://filescdn.proginn.com/e0d12ce4b4f7772767c4a039759c5194/b9face80b8e77892954527fa85f1a520.webp)
最后就是空间定位装置了,也就是机械臂的“眼睛”,用来让机械臂“看见”、并操作需要完成的任务。这里面包括我们常见的双目视觉算法、AHRS系统和力传感系统等,都在这一步完成。没错,稚晖君设计的机械臂并非只能做“输入任务并完成”的简单操作,而是一台真正能够从多个角度接收任务、并实时处理的“智能机械手”。简单来说,就是用双目视觉算法识别,再用AI算法实现姿态估计之类的操作:![](https://filescdn.proginn.com/b7fc0ffc9836bd59f574fb18b6396d44/5dcdafb18415c70d8d4d7cb1a253929e.webp)
搭载到机械臂上后,“手子”就能根据人的动作,完成一系列复杂的操作(控制器改自PS5手柄):![](https://filescdn.proginn.com/e05340ec2e665935f2bfe24760e23e34/45e435ca805dabf8903a8ee0e7c06f3b.webp)
当然,经过软件去抖、运动范围重映射、力矩强增强等操作后,机械臂能完成比手精度更高的操作(手抖玩家福音)。最后,就是将这几部分的软件算法和硬件组装起来,进行调试:![](https://filescdn.proginn.com/2c35af1760dd131687a9c86378f7a1b9/a7042076f26622801486640638764db0.webp)
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成本控制在1万以内
一台质量比较好的、精度为0.6mm的工业6轴机械臂,价格会达到几万元左右,而精度在0.02mm左右的四大家族的工业机械臂,价格单位则直接涨到了几万美元。从稚晖君测试结果来看,精度为0.01mm的百分表,进行末端重复精度测量,精度直接达到了0.02mm左右:![](https://filescdn.proginn.com/c1f7777048fd54471ec098c219f9aa52/aaf5bf8aac293957566240cd097302d7.webp)
然而,据稚晖君表示,Dummy的整体硬件成本,计算下来不到1万元!当然,稚晖君也适当地节省了成本,包括谐波减速器和机械臂本体,就都是二手的(如果是全新的硬件,成本可能需要2万元左右)。除此之外,据稚晖君表示,这台机械臂本身体积也很小,所以运动范围和精度也相应变小和变高了(目前市面上应该是没有体积这么小、精度这么高的机械臂)。大胆想象一下,未来如果继续提升精度,远程手术也未尝不可:![](https://filescdn.proginn.com/ab668234bf08f60f09cab2521820d914/06e7b567b26810450f10bd4127ca2777.webp)
即使在偏远的地方,各地大医院的医生也能通过远程手术,同步实现救人;或是利用智能程序设定,实现简单的缝皮等操作,为医生节省更多时间。![](https://filescdn.proginn.com/d9121411bac672baf2200e71f3e94005/392239808877c976d96ad3e9e4b59528.webp)
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当然,我们也知道,稚晖君已经于去年年底加入了“华为天才少年”。而这次稚晖君的项目,操作系统和AI计算平台也分别都用上了华为鸿蒙和昇腾Atlas处理器。![](https://filescdn.proginn.com/4d84aa246fb8ed98d616191a167b78a6/1dfa8149c4b2ac616d2ec0bb2a95ffb3.webp)
就在8月2日,任正非还在题为「江山代有才人出」的演讲中表扬了稚晖君的项目,指出这是华为创新的动力:但对于2012实验室,公司从未给过你们过多约束。比如,有人研究自行车的自动驾驶,公司没有约束过他。我们要生产自行车吗?没有啊。这是他掌握的一把“手术刀”,或许以后会发挥什么作用,产生什么巨大的商业价值。
接下来,稚晖君计划将项目进行整理后开源,目前已经在GitHub上放了一个坑。对自制机械臂感兴趣的小伙伴,可以不定期去蹲一蹲了~One More Thing
此次制作的项目,其实也是稚晖君给自己的一份生日礼物。在此祝上真挚的生日祝福~![](https://filescdn.proginn.com/9d9ea58644b3dafb93ec1730d3e53c89/71dc261a6a2d4aeb09281ee9f69c986a.webp)
项目地址(待整理):
https://github.com/peng-zhihui/Dummy-Robot
稚晖君机械臂视频(已授权):
https://www.bilibili.com/video/BV12341117rG
参考链接:
http://www.chinanews.com/business/2021/09-14/9565404.shtml
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