要点总结 | 稚晖君自制机械臂，能给葡萄缝针的那种~
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2021-10-13 00:38
金磊 萧箫 发自 凹非寺
本文来自 量子位 报道 | 公众号 QbitAI
别人的国庆节，硬生生造了一只钢铁侠的机械臂！
依旧是来自稚晖君，还是他迄今为止搞的项目中，最复杂的那种。
来吧，展示——给葡萄缝针：
在“葡萄包扎术”后，原本裂开小口的它，变成了这个样子：
划个重点：
上面的所有过程，可以在厕所远程、实时完成！
它的名字也非常有趣——叫做Dummy。
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！
（友友们，又是被稚晖君破防的一天）
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”）：
甚至连行内人都发出了惊叹：
（注：本文内容已经过稚晖君授权）
真正的机械臂该有的样子
稚晖君想要打造的机械臂，是具备多种交互方式的。
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：
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：
安装“激光器”，就可以实现三维雕刻
安装“画笔”，就可以进行书画
安装小型的“主轴”，可以作为6轴的雕刻机
而上面展示的这一切，均是——同步现实！
除此之外，稚晖君还做了许多不同的交互方式。
例如结合比较前沿的技术，增强现实 （AR）——真正的“指哪打哪”了。
还有通过示教器来开启的方式。
而这个示教器也是出自稚晖君之手，用他的话来说就是：
有我的地方就有屏幕。
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。
当然，稚晖君也做了较为“阳间”的图形化方式。
而较为极客的2两种方法：通过串口和命令行，也有的哈。
这样的野生钢铁侠机械臂，究竟是怎么“炼成”的？
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：
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：
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：
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：
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：
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~
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：
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）：
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：
最后的成品效果是这样的，非常灵动：
那么，这台机械臂究竟能达到一个什么水平呢？
成本控制在1万以内
众所周知，机械臂的价格会随着精度的提升蹭蹭上涨。
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：
这样的精度，按理说机器人的价格也不菲。
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）。
这样的机械臂，究竟可以用在哪里呢？
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：
还有网友更具体地设想了一下使用场景：
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。
对于项目本身，有网友调侃“开源一下脑子”：
也有一些科技区UP的梦幻联动（手动狗头）：
这次稚晖君的项目，操作系统和AI计算平台分别都用上了华为鸿蒙和昇腾Atlas处理器。
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~
项目地址（待整理）：
https://github.com/peng-zhihui/Dummy-Robot
稚晖君机械臂视频：
https://www.bilibili.com/video/BV12341117rG
参考链接：
http://www.chinanews.com/business/2021/09-14/9565404.shtml
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