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稚晖君自制机械臂,能给葡萄缝针,成本1万元

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。

作者:金磊 萧箫来源:量子位|2021-10-08 15:36

本文经AI新媒体量子位(公众号ID:QbitAI)授权转载,转载请联系出处。

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。

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:

稚晖君自制机械臂,能给葡萄缝针,成本1万元,网友:开源脑子?

划个重点:

上面的所有过程,可以在厕所远程实时完成!

稚晖君自制机械臂,能给葡萄缝针,成本1万元,网友:开源脑子?

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!

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(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”):

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甚至连行内人都发出了惊叹:

稚晖君自制机械臂,能给葡萄缝针,成本1万元,网友:开源脑子?

(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:

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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
稚晖君自制机械臂,能给葡萄缝针,成本1万元,网友:开源脑子?

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。

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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。

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而较为极客的2两种方法:通过串口命令行,也有的哈。

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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

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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:

稚晖君自制机械臂,能给葡萄缝针,成本1万元,网友:开源脑子?

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:

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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:

稚晖君自制机械臂,能给葡萄缝针,成本1万元,网友:开源脑子?

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:

稚晖君自制机械臂,能给葡萄缝针,成本1万元,网友:开源脑子?

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~

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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:

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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):

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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。

稚晖君自制机械臂,能给葡萄缝针,成本1万元,网友:开源脑子?

对于项目本身,有网友调侃“开源一下脑子”:

稚晖君自制机械臂,能给葡萄缝针,成本1万元,网友:开源脑子?

也有一些科技区UP的梦幻联动(手动狗头):

稚晖君自制机械臂,能给葡萄缝针,成本1万元,网友:开源脑子?

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昇腾Atlas处理器

稚晖君自制机械臂,能给葡萄缝针,成本1万元,网友:开源脑子?

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(已授权):
https://www.bilibili.com/video/BV12341117rG

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