成本1万块，华为天才少年自制机械臂，能给葡萄缝针的那种！

电子工程世界 2021-10-10 07:30

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别人的国庆节，硬生生造了一只钢铁侠的机械臂！

这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：

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）：

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~

来源：量子位

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