華為天才少年自制機(jī)械臂,能給葡萄縫針的那種,成本1萬(wàn)塊,網(wǎng)友:能把腦子開源一下?
    發(fā)布者:sztgdzn  發(fā)布時(shí)間:2021-10-11 11:41:58  訪問(wèn)次數(shù):422

    金磊 蕭簫 發(fā)自 凹非寺
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    別人的國(guó)慶節(jié),硬生生造了一只鋼鐵俠的機(jī)械臂!

    依舊是來(lái)自華為天才少年稚暉君,還是他迄今為止搞的項(xiàng)目中,最復(fù)雜的那種。

    來(lái)吧,展示——給葡萄縫針

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    在“葡萄包扎術(shù)”后,原本裂開小口的它,變成了這個(gè)樣子:

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    劃個(gè)重點(diǎn):

    上面的所有過(guò)程,可以在廁所遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)完成!

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    它的名字也非常有趣——叫做Dummy

    但畢竟頭頂著“B站野生鋼鐵俠”光環(huán)的稚暉君,都說(shuō)這是自己最復(fù)雜的項(xiàng)目(耗時(shí)4個(gè)月),硬核程度定然不僅于此。

    真實(shí)情況是——這臺(tái)機(jī)械臂,里里外外全部出自稚暉君之手!

    (友友們,又是被稚暉君破防的一天)

    于是乎,很自然的,彈幕再次被網(wǎng)友刷瘋,來(lái)感受一下這個(gè)feel(滿屏的“國(guó)粹”)

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    (注:本文內(nèi)容已經(jīng)過(guò)稚暉君授權(quán))

    真正的機(jī)械臂該有的樣子

    稚暉君想要打造的機(jī)械臂,是具備多種交互方式的。

    例如把剛才機(jī)械臂的末端,換成“力反饋夾爪”,就秒變成了可以?shī)A薯片的機(jī)械臂:

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    除了“力反饋夾爪”,若是換成不同效應(yīng)器,那可以實(shí)現(xiàn)的結(jié)果也會(huì)不同:

    • 安裝“激光器”,就可以實(shí)現(xiàn)三維雕刻

    • 安裝“畫筆”,就可以進(jìn)行書畫

    • 安裝小型的“主軸”,可以作為6軸的雕刻機(jī)

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    而上面展示的這一切,均是——同步現(xiàn)實(shí)

    除此之外,稚暉君還做了許多不同的交互方式。

    例如結(jié)合比較前沿的技術(shù),增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR)——真正的“指哪打哪”了。

    還有通過(guò)示教器來(lái)開啟的方式。

    而這個(gè)示教器也是出自稚暉君之手,用他的話來(lái)說(shuō)就是:

    有我的地方就有屏幕。

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    這便是稚暉君設(shè)計(jì)的無(wú)線智能小終端,也是這臺(tái)機(jī)械臂的“伴侶”了。

    它可以通過(guò)低功耗藍(lán)牙和機(jī)械臂進(jìn)行無(wú)感連接,而在連接之后,就可以實(shí)時(shí)顯示機(jī)械臂的各種狀態(tài)信息、切換各種功能了。

    當(dāng)然,稚暉君也做了較為“陽(yáng)間”的圖形化方式。

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    而較為極客的2兩種方法:通過(guò)串口命令行,也有的哈。

    這樣的野生鋼鐵俠機(jī)械臂,究竟是怎么“煉成”的?

    如何打造鋼鐵俠的機(jī)械臂?

    這臺(tái)看起來(lái)很酷炫的“手子”,屬于小型高精度6軸機(jī)械臂

    整體來(lái)說(shuō),機(jī)械臂的打造主要分為四大部分:機(jī)械臂設(shè)計(jì)、閉環(huán)伺服、控制器和空間定位裝置,分別對(duì)應(yīng)機(jī)器人的軀干、心臟、小腦和眼睛。

    機(jī)械臂設(shè)計(jì),指機(jī)械臂的“軀干”,讓機(jī)械臂能穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的必要步驟,包括機(jī)械分析、外觀設(shè)計(jì)(3D建模)、選材等。

    當(dāng)然,這里的設(shè)計(jì)并不那么容易。光是版本稿,就多達(dá)150多版

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    為了確保穩(wěn)定+便宜美觀,最后的機(jī)械臂主體采用了鋁CNC(數(shù)控)加工(確保穩(wěn)定),裝飾再采用3D打印進(jìn)行制作(節(jié)省成本)

    其中,CNC部分是稚暉君拜托“家里有廠”的UP主@XIKII拆機(jī)狂魔你西哥 幫忙制作的,全部的8個(gè)金屬件一共耗時(shí)半個(gè)月:

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    最后的外觀設(shè)計(jì)出來(lái),是醬嬸的(中國(guó)紅&鋼鐵俠紅),別說(shuō)還挺好看:

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    閉環(huán)伺服,也就是機(jī)械臂的“心臟”,用來(lái)提供讓機(jī)械臂干活的動(dòng)力。

    具體來(lái)說(shuō),軟件上包括FOC算法、絕對(duì)值編碼器&PID算法,CAN總線通信協(xié)議等部分,硬件上,除了電機(jī)等材料的選用,還包括散熱等細(xì)節(jié)。

    通常來(lái)說(shuō),機(jī)械臂會(huì)采用無(wú)刷伺服電機(jī),但這里它的體積確實(shí)比較大。

    由于稚暉君想做比較小巧的機(jī)械臂,所以最后采用了步進(jìn)電機(jī),搭配0背隙諧波減速器,單個(gè)驅(qū)動(dòng)效果做出來(lái)是這個(gè)樣子的:

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    既然是6軸,最后整體采用了6個(gè)步進(jìn)電機(jī)+6個(gè)諧波減速器,搭配軟件設(shè)計(jì)構(gòu)成了機(jī)械臂的“心臟”。

    控制器,指機(jī)械臂的“小腦”,用來(lái)操控機(jī)械臂的動(dòng)作、來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能。

    除了原理上需要掌握運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析以外,在軟硬件上還需要掌握電路設(shè)計(jì)、通信和電源管理等額外的“斜杠”技能。

    事實(shí)上,光是微控制單元(MCU),這臺(tái)機(jī)械臂上就多達(dá)12個(gè)

    其中,主控制器(采用冗余設(shè)計(jì))和電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器(支持CAN總線&功率機(jī)聯(lián))的設(shè)計(jì)如下:

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    至于電路設(shè)計(jì),也比想象中要更加復(fù)雜,畢竟要想達(dá)到上述“多控制”功能的話,除了命令行控制以外,藍(lán)牙、無(wú)線通信的相關(guān)軟硬件也需要進(jìn)行考慮。

    沒錯(cuò),除了有線控制以外,藍(lán)牙、WiFi、2.4G同樣能控制這臺(tái)機(jī)械臂~

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    最后就是空間定位裝置了,也就是機(jī)械臂的“眼睛”,用來(lái)讓機(jī)械臂“看見”、并操作需要完成的任務(wù)。

    這里面包括我們常見的雙目視覺算法、AHRS系統(tǒng)和力傳感系統(tǒng)等,都在這一步完成。

    沒錯(cuò),稚暉君設(shè)計(jì)的機(jī)械臂并非只能做“輸入任務(wù)并完成”的簡(jiǎn)單操作,而是一臺(tái)真正能夠從多個(gè)角度接收任務(wù)、并實(shí)時(shí)處理的“智能機(jī)械手”。

    簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是用雙目視覺算法識(shí)別,再用AI算法實(shí)現(xiàn)姿態(tài)估計(jì)之類的操作:

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    搭載到機(jī)械臂上后,“手子”就能根據(jù)人的動(dòng)作,完成一系列復(fù)雜的操作(控制器改自PS5手柄):

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    當(dāng)然,經(jīng)過(guò)軟件去抖、運(yùn)動(dòng)范圍重映射、力矩強(qiáng)增強(qiáng)等操作后,機(jī)械臂能完成比手精度更高的操作。

    最后,就是將這幾部分的軟件算法和硬件組裝起來(lái),進(jìn)行調(diào)試:

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    最后的成品效果是這樣的,非常靈動(dòng):

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    那么,這臺(tái)機(jī)械臂究竟能達(dá)到一個(gè)什么水平呢?

    成本控制在1萬(wàn)以內(nèi)

    眾所周知,機(jī)械臂的價(jià)格會(huì)隨著精度的提升蹭蹭上漲。

    一臺(tái)質(zhì)量比較好的、精度為0.6mm的工業(yè)6軸機(jī)械臂,價(jià)格會(huì)達(dá)到幾萬(wàn)元左右,而精度在0.02mm左右的四大家族的工業(yè)機(jī)械臂,價(jià)格單位則直接漲到了幾萬(wàn)美元

    從稚暉君測(cè)試結(jié)果來(lái)看,精度為0.01mm的百分表,進(jìn)行末端重復(fù)精度測(cè)量,精度直接達(dá)到了0.02mm左右

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    這樣的精度,按理說(shuō)機(jī)器人的價(jià)格也不菲。

    然而,據(jù)稚暉君表示,Dummy的整體硬件成本,計(jì)算下來(lái)不到1萬(wàn)元

    當(dāng)然,稚暉君也適當(dāng)?shù)毓?jié)省了成本,包括諧波減速器和機(jī)械臂本體,就都是二手(如果是全新的硬件,成本可能需要2萬(wàn)元左右)

    除此之外,據(jù)稚暉君表示,這臺(tái)機(jī)械臂本身體積也很小,所以運(yùn)動(dòng)范圍和精度也相應(yīng)變小和變高了(目前市面上應(yīng)該是沒有體積這么小、精度這么高的機(jī)械臂)

    這樣的機(jī)械臂,究竟可以用在哪里呢?

    大膽想象一下,未來(lái)如果繼續(xù)提升精度,遠(yuǎn)程手術(shù)也未嘗不可:

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    還有網(wǎng)友更具體地設(shè)想了一下使用場(chǎng)景:

    即使在偏遠(yuǎn)的地方,各地大醫(yī)院的醫(yī)生也能通過(guò)遠(yuǎn)程手術(shù),同步實(shí)現(xiàn)救人;或是利用智能程序設(shè)定,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的縫皮等操作,為醫(yī)生節(jié)省更多時(shí)間。

    當(dāng)然,我們也知道,稚暉君已經(jīng)于去年年底加入了“華為天才少年”。

    而這次稚暉君的項(xiàng)目,操作系統(tǒng)和AI計(jì)算平臺(tái)也分別都用上了華為鴻蒙昇騰Atlas處理器

    就在8月2日,任正非還在題為「江山代有才人出」的演講中表?yè)P(yáng)了稚暉君的項(xiàng)目,指出這是華為創(chuàng)新的動(dòng)力:

    但對(duì)于2012實(shí)驗(yàn)室,公司從未給過(guò)你們過(guò)多約束。比如,有人研究自行車的自動(dòng)駕駛,公司沒有約束過(guò)他。

    我們要生產(chǎn)自行車嗎?沒有啊。這是他掌握的一把“手術(shù)刀”,或許以后會(huì)發(fā)揮什么作用,產(chǎn)生什么巨大的商業(yè)價(jià)值。



    文章來(lái)源:量子位

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