稚暉君自制機(jī)械臂，能給葡萄縫針的那種，成本1萬塊，網(wǎng)友：能把腦子開源一下？
金磊 蕭簫 發(fā)自 凹非寺
量子位 報(bào)道 | 公眾號 QbitAI
別人的國慶節(jié)，硬生生造了一只鋼鐵俠的機(jī)械臂！
依舊是來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。
來吧，展示——給葡萄縫針：
在“葡萄包扎術(shù)”后，原本裂開小口的它，變成了這個樣子：
劃個重點(diǎn)：
上面的所有過程，可以在廁所遠(yuǎn)程、實(shí)時完成！
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，都說這是自己最復(fù)雜的項(xiàng)目（耗時4個月），硬核程度定然不僅于此。
真實(shí)情況是——這臺機(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，來感受一下這個feel（滿屏的“國粹”）：
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”，就秒變成了可以夾薯片的機(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)
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。
還有通過示教器來開啟的方式。
而這個示教器也是出自稚暉君之手，用他的話來說就是：
有我的地方就有屏幕。
這便是稚暉君設(shè)計(jì)的無線智能小終端，也是這臺機(jī)械臂的“伴侶”了。
它可以通過低功耗藍(lán)牙和機(jī)械臂進(jìn)行無感連接，而在連接之后，就可以實(shí)時顯示機(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“陽間”的圖形化方式。
而較為極客的2兩種方法：通過串口和命令行，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？
這臺看起來很酷炫的“手子”，屬于小型高精度6軸機(jī)械臂。
整體來說，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個金屬件一共耗時半個月：
最后的外觀設(shè)計(jì)出來，是醬嬸的（中國紅&鋼鐵俠紅），別說還挺好看：
閉環(huán)伺服，也就是機(jī)械臂的“心臟”，用來提供讓機(jī)械臂干活的動力。
具體來說，軟件上包括FOC算法、絕對值編碼器&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)。
通常來說，機(jī)械臂會采用無刷伺服電機(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，單個驅(qū)動效果做出來是這個樣子的：
既然是6軸，最后整體采用了6個步進(jìn)電機(jī)+6個諧波減速器，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”，用來操控機(jī)械臂的動作、來實(shí)現(xiàn)各種功能。
除了原理上需要掌握運(yùn)動學(xué)、動力學(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），這臺機(jī)械臂上就多達(dá)12個。
其中，主控制器（采用冗余設(shè)計(jì)）和電機(jī)伺服驅(qū)動器（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、無線通信的相關(guān)軟硬件也需要進(jìn)行考慮。
沒錯，除了有線控制以外，藍(lán)牙、WiFi、2.4G同樣能控制這臺機(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，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”的簡單操作，而是一臺真正能夠從多個角度接收任務(wù)、并實(shí)時處理的“智能機(jī)械手”。
簡單來說，就是用雙目視覺算法識別，再用AI算法實(shí)現(xiàn)姿態(tài)估計(jì)之類的操作：
搭載到機(jī)械臂上后，“手子”就能根據(jù)人的動作，完成一系列復(fù)雜的操作（控制器改自PS5手柄）：
當(dāng)然，經(jīng)過軟件去抖、運(yùn)動范圍重映射、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，進(jìn)行調(diào)試：
最后的成品效果是這樣的，非常靈動：
那么，這臺機(jī)械臂究竟能達(dá)到一個什么水平呢？
成本控制在1萬以內(nèi)
眾所周知，機(jī)械臂的價格會隨著精度的提升蹭蹭上漲。
一臺質(zhì)量比較好的、精度為0.6mm的工業(yè)6軸機(jī)械臂，價格會達(dá)到幾萬元左右，而精度在0.02mm左右的四大家族的工業(yè)機(jī)械臂，價格單位則直接漲到了幾萬美元。
從稚暉君測試結(jié)果來看，精度為0.01mm的百分表，進(jìn)行末端重復(fù)精度測量，精度直接達(dá)到了0.02mm左右：
這樣的精度，按理說機(jī)器人的價格也不菲。
然而，據(jù)稚暉君表示，Dummy的整體硬件成本，計(jì)算下來不到1萬元！
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2萬元左右）。
除此之外，據(jù)稚暉君表示，這臺機(jī)械臂本身體積也很小，所以運(yùn)動范圍和精度也相應(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)想了一下使用場景：
即使在偏遠(yuǎn)的地方，各地大醫(yī)院的醫(yī)生也能通過遠(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)簡單的縫皮等操作，為醫(yī)生節(jié)省更多時間。
對于項(xiàng)目本身，有網(wǎng)友調(diào)侃“開源一下腦子”：
也有一些科技區(qū)UP的夢幻聯(lián)動（手動狗頭）：
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」的演講中表揚(yáng)了稚暉君的項(xiàng)目，指出這是華為創(chuàng)新的動力：
但對于2012實(shí)驗(yàn)室，公司從未給過你們過多約束。比如，有人研究自行車的自動駕駛，公司沒有約束過他。
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”，或許以后會發(fā)揮什么作用，產(chǎn)生什么巨大的商業(yè)價值。
接下來，稚暉君計(jì)劃將項(xiàng)目進(jìn)行整理后開源，目前已經(jīng)在GitHub上放了一個坑。
對自制機(jī)械臂感興趣的小伙伴，可以不定期去蹲一蹲了~
One More Thing
此次制作的項(xiàng)目，其實(shí)也是稚暉君給自己的一份生日禮物。
在此祝上真摯的生日祝福~
項(xiàng)目地址（待整理）：
https://github.com/peng-zhihui/Dummy-Robot
稚暉君機(jī)械臂視頻（已授權(quán)）：
https://www.bilibili.com/video/BV12341117rG
參考鏈接：
http://www.chinanews.com/business/2021/09-14/9565404.shtml
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