华为百万年薪大佬,国庆肝出能给葡萄缝针的机械臂,成本只用1万元!

人和人不能一概而论,国庆期间普通人都是想着出去旅游或者宅在家里,但是却有大佬趁着放假,肝出了一台高精度机械臂,作为自己的生日礼物。

近日,B站科技区的UP主@稚晖君分享了一则视频,里面是他在国庆期间自制机械臂的内容,视频中,他展示了如何用这台机械臂,给葡萄进行缝针的画面。

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更厉害的是,上面缝针的所有过程,都是稚晖君在厕所远程、实时完成的,让众多网友直呼大佬牛逼。

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据稚晖君介绍,为了造出这台机械臂,花了整整4个月时间,经过了150个版本的修改,是目前自制项目中最复杂的,出于对钢铁侠的热爱,还为这台机械臂取名为Dummy。

其实在四个月前,稚晖君就凭借一辆可以自动驾驶的自行车登上了热搜,没想到仅过了四个月,稚晖君就为我们带来了更大的惊喜,而且非常硬核的是,这台机械臂从结构设计、硬件组装到控制软件,里里外外都是稚晖君一人完成的,成本只用了1万块,网友们评论:“这个机器人的每一个环节,拆掉都够我们一个院当毕业设计了。”

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这台机械臂是怎么做出来的?

没有哪个理工男能拒绝一台自己的机械臂,稚晖君也是如此,之前他淘过一台二手机械臂,不过并不太满意,于是就打算自己做一台,真正的大佬就是这么硬核,但想要几乎从无到有做出一台成品,显然是非常困难的,这也是要花费四个月时间的原因。

这台机械臂属于小型高精度6轴机械臂,在市面上很少见到,配套资料几乎为0,各个步骤都需要稚晖君自己动手,他把整个过程分为了三步,包括结构设计、电子系统和软件设计。

一、结构设计。

结构设计顾名思义就是设计机械臂的整体结构,根据想要实现的参数功能,如移动精度、自由度、延迟等等,对材料、零部件型号、安装技术路线等各方面作出合理的设计,就如工程里面的制图步骤。

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在对机械臂的结构设计中,最主要的是解决机器人三大核心零部件伺服电机、驱动器、减速器的设计。

一般来说,真正的工业机器人中采用的都是无刷伺服电机。无刷伺服电机的好处在于动态响应、力矩和精度上都很不错,但考虑到自己的机械臂结构紧凑,稚晖君采用了步进电机,这类电机的精度最高,但缺点在于高转速下力矩比较小。

为了解决力矩的问题,稚晖君选择了常用的谐波减速器,其拥有零背隙、高减速比、超小体积等优点,可以很好的中和速度高力矩小的问题。在最后的动部分,为了保证精度以及体积的最小化,稚晖君设计了一个步进电机的一体闭环驱动。

二、电子系统

电子系统就是机械臂的电路与控制系统,包括了电源模块、电机驱动、计算模块、通信系统等等。实际上这台机械臂上光各种型号的MCU就有12个,而且为了使后续的扩展性足够强,且交互方面能够做一些很有意思的创新,在机体上搭载了Wifi,蓝牙,2.4G等很多种无线能力。

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电路方面最主要的是主控制器和电机伺服驱动器,其中后者为了电机一体式的驱动,支持CAN总线和功率机联,所以整套系统将所有的6个电机以及末端执行器连接起来,仅需要4根线。

控制器是机械臂的小脑,稚晖君使用了之前设计的机器人开发框架REF、基于Corte-M4内核的MCU,凭借M4自带FPU和DSP的内核,为后面的控制算法中实现涉及到的大量复杂计算,展现出明显的效率提升。

三、软件设计

软件设计就是要为这台机械臂的控制器添加合适的系统,其核心在于算法,包括运动学正逆解的算法和动力学模型的实现。

前者可以告诉我们机械臂的每个关节角度和最终末端的位置之间的正逆解求解关系,后者则用于实现碰撞检测、柔性控制、力学反馈等很多功能,这又涉及到大量复杂的矩阵和偏微分计算,也正因此,机械臂才能做出各种灵活的动作。

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此外,为了简化交互的流程,稚晖君还设计了命令行、图形化的上位机、手机端APP以及无线示教固件等等,同时为了与现实操作更加同步,他还将双目相机、AHRS系统、华为昇腾AI算力平台集合在一起,设计了可以“同步现实”的远程操控方式,这一切都是为了能够让机械臂运动自如。

“这个项目表面上看起来是电子和机械,其实背后全是算法和数学。”稚晖君这样总结道。

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世事总是知易行难,稚晖君为了造出这台机械臂,耗时4个月,经历了150个版本的修改,才终于把一台二手且完全不够智能的机械臂变成了一个全新的、附加各种智能功能的新产品,从给葡萄缝针的表现上看,已经完全达到了工业级应用的标准,不得不佩服大佬的操作。

如今我国正处于智能制造产业升级的关键阶段,各行各业对机器人的需求都十分旺盛,在近期的2021世界机器人大会上,工信部副部长辛国斌表示,2020年中国机器人产业首次突破千亿元,中国已成为支撑世界机器人产业发展的中坚力量,中国工业机器人市场已连续8年稳居全球第一,2020年装机量占全球总量的44%。

另外,企查查数据显示,我国目前现存机器人相关企业30.8万家。仅2020年我国新增机器人相关企业就达6.98万家,同比增长77.36%,是近十年新增机器人相关企业最多的一年。而今年前9个月,我国共新增机器人相关企业更是达到了8.59万家,机器人行业正走在发展的快车道上,值此之时,我们也需要更多像稚晖君这样的高素质人才,为国家的产业升级作出自己的贡献。

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