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金磊蕭簫發(fā)自凹非寺
量子位報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI

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：

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

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！

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(mǎn)屏的“國(guó)粹”）：

甚至連行內(nèi)人都發(fā)出了驚嘆：

（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：

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(huà)筆”，就可以進(jìn)行書(shū)畫(huà)
安裝小型的“主軸”，可以作為6軸的雕刻機(jī)

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(kāi)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。

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。

而較為極客的2兩種方法：通過(guò)串口和命令行，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：

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：

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：

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：

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：

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(méi)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~

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(jiàn)”、并操作需要完成的任務(wù)。

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

沒(méi)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(jué)算法識(shí)別，再用AI算法實(shí)現(xiàn)姿態(tài)估計(jì)之類(lèi)的操作：

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）：

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（手抖玩家福音）。

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：

最后的成品效果是這樣的，非常靈動(dòng)：

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?xún)?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：

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，就都是二手的（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(méi)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：

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。

對(duì)于項(xiàng)目本身，有網(wǎng)友調(diào)侃“開(kāi)源一下腦子”：

也有一些科技區(qū)UP的夢(mèng)幻聯(lián)動(dòng)（手動(dòng)狗頭）：

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和昇騰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(chē)的自動(dòng)駕駛，公司沒(méi)有約束過(guò)他。
我們要生產(chǎn)自行車(chē)嗎？沒(méi)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。

接下來(lái)，稚暉君計(jì)劃將項(xiàng)目進(jìn)行整理后開(kāi)源，目前已經(jīng)在GitHub上放了一個(gè)坑。

對(duì)自制機(jī)械臂感興趣的小伙伴，可以不定期去蹲一蹲了~