极客精神|自制机械臂！被任正非表扬的华为天才少年
本文轉自量子位
作者：金磊 蕭簫
大多數人的國慶假期就是躺著過，而別人的國慶節，則是硬生生造了一只鋼鐵俠的機械臂！
依舊是來自華為天才少年稚暉君，還是他迄今為止搞的項目中，最復雜的那種。
來吧，展示——給葡萄縫針：
在“葡萄包扎術”后，原本裂開小口的它，變成了這個樣子：
劃個重點：
上面的所有過程，可以在廁所遠程、實時完成！
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”光環的稚暉君，都說這是自己最復雜的項目（耗時4個月），硬核程度定然不僅于此。
真實情況是——這臺機械臂，里里外外全部出自稚暉君之手！
（模友們，又是被稚暉君破防的一天）
于是乎，很自然的，彈幕再次被網友刷瘋，來感受一下這個feel（滿屏的“國粹”）：
甚至連行內人都發出了驚嘆：
（注：本文內容已經過稚暉君授權）
真正的機械臂該有的樣子
稚暉君想要打造的機械臂，是具備多種交互方式的。
例如把剛才機械臂的末端，換成“力反饋夾爪”，就秒變成了可以夾薯片的機械臂：
除了“力反饋夾爪”，若是換成不同效應器，那可以實現的結果也會不同：
安裝“激光器”，就可以實現三維雕刻
安裝“畫筆”，就可以進行書畫
安裝小型的“主軸”，可以作為6軸的雕刻機
而上面展示的這一切，均是——同步現實！
除此之外，稚暉君還做了許多不同的交互方式。
例如結合比較前沿的技術，增強現實?（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。
這便是稚暉君設計的無線智能小終端，也是這臺機械臂的“伴侶”了。
它可以通過低功耗藍牙和機械臂進行無感連接，而在連接之后，就可以實時顯示機械臂的各種狀態信息、切換各種功能了。
當然，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械臂，究竟是怎么“煉成”的？
如何打造鋼鐵俠的機械臂？
這臺看起來很酷炫的“手子”，屬于小型高精度6軸機械臂。
整體來說，機械臂的打造主要分為四大部分：機械臂設計、閉環伺服、控制器和空間定位裝置，分別對應機器人的軀干、心臟、小腦和眼睛。
機械臂設計，指機械臂的“軀干”，讓機械臂能穩定運動的必要步驟，包括機械分析、外觀設計（3D建模）、選材等。
當然，這里的設計并不那么容易。光是版本稿，就多達150多版：
為了確保穩定+便宜美觀，最后的機械臂主體采用了鋁CNC（數控）加工（確保穩定），裝飾再采用3D打印進行制作（節省成本）。
其中，CNC部分是稚暉君拜托“家里有廠”的UP主@XIKII拆機狂魔你西哥 幫忙制作的，全部的8個金屬件一共耗時半個月：
最后的外觀設計出來，是醬嬸的（中國紅&鋼鐵俠紅），別說還挺好看：
閉環伺服，也就是機械臂的“心臟”，用來提供讓機械臂干活的動力。
具體來說，軟件上包括FOC算法、絕對值編碼器&PID算法，CAN總線通信協議等部分，硬件上，除了電機等材料的選用，還包括散熱等細節。
通常來說，機械臂會采用無刷伺服電機，但這里它的體積確實比較大。
由于稚暉君想做比較小巧的機械臂，所以最后采用了步進電機，搭配0背隙諧波減速器，單個驅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個步進電機+6個諧波減速器，搭配軟件設計構成了機械臂的“心臟”。
控制器，指機械臂的“小腦”，用來操控機械臂的動作、來實現各種功能。
除了原理上需要掌握運動學、動力學分析以外，在軟硬件上還需要掌握電路設計、通信和電源管理等額外的“斜杠”技能。
事實上，光是微控制單元（MCU），這臺機械臂上就多達12個。
其中，主控制器（采用冗余設計）和電機伺服驅動器（支持CAN總線&功率機聯）的設計如下：
至于電路設計，也比想象中要更加復雜，畢竟要想達到上述“多控制”功能的話，除了命令行控制以外，藍牙、無線通信的相關軟硬件也需要進行考慮。
沒錯，除了有線控制以外，藍牙、WiFi、2.4G同樣能控制這臺機械臂~
最后就是空間定位裝置了，也就是機械臂的“眼睛”，用來讓機械臂“看見”、并操作需要完成的任務。
這里面包括我們常見的雙目視覺算法、AHRS系統和力傳感系統等，都在這一步完成。
沒錯，稚暉君設計的機械臂并非只能做“輸入任務并完成”的簡單操作，而是一臺真正能夠從多個角度接收任務、并實時處理的“智能機械手”。
簡單來說，就是用雙目視覺算法識別，再用AI算法實現姿態估計之類的操作：
搭載到機械臂上后，“手子”就能根據人的動作，完成一系列復雜的操作（控制器改自PS5手柄）：
當然，經過軟件去抖、運動范圍重映射、力矩強增強等操作后，機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，進行調試：
最后的成品效果是這樣的，非常靈動：
那么，這臺機械臂究竟能達到一個什么水平呢？
成本控制在1萬以內
眾所周知，機械臂的價格會隨著精度的提升蹭蹭上漲。
一臺質量比較好的、精度為0.6mm的工業6軸機械臂，價格會達到幾萬元左右，而精度在0.02mm左右的四大家族的工業機械臂，價格單位則直接漲到了幾萬美元。
從稚暉君測試結果來看，精度為0.01mm的百分表，進行末端重復精度測量，精度直接達到了0.02mm左右：
這樣的精度，按理說機器人的價格也不菲。
然而，據稚暉君表示，Dummy的整體硬件成本，計算下來不到1萬元！
當然，稚暉君也適當地節省了成本，包括諧波減速器和機械臂本體，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，據稚暉君表示，這臺機械臂本身體積也很小，所以運動范圍和精度也相應變小和變高了（目前市面上應該是沒有體積這么小、精度這么高的機械臂）。
這樣的機械臂，究竟可以用在哪里呢？
大膽想象一下，未來如果繼續提升精度，遠程手術也未嘗不可：
還有網友更具體地設想了一下使用場景：
即使在偏遠的地方，各地大醫院的醫生也能通過遠程手術，同步實現救人；或是利用智能程序設定，實現簡單的縫皮等操作，為醫生節省更多時間。
對于項目本身，有網友調侃“開源一下腦子”：
也有一些科技區UP的夢幻聯動（手動狗頭）：
當然，我們也知道，稚暉君已經于去年年底加入了“華為天才少年”。
而這次稚暉君的項目，操作系統和AI計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」的演講中表揚了稚暉君的項目，指出這是華為創新的動力：
但對于2012實驗室，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。
我們要生產自行車嗎？沒有啊。這是他掌握的一把“手術刀”，或許以后會發揮什么作用，產生什么巨大的商業價值。
接下來，稚暉君計劃將項目進行整理后開源，目前已經在GitHub上放了一個坑。
對自制機械臂感興趣的小伙伴，可以不定期去蹲一蹲了~
本文轉自量子位
作者：金磊 蕭簫
項目地址（待整理）：
https://github.com/peng-zhihui/Dummy-Robot
稚暉君機械臂視頻（已授權）：
https://www.bilibili.com/video/BV12341117rG
參考鏈接：
http://www.chinanews.com/business/2021/09-14/9565404.shtml
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的极客精神|自制机械臂！被任正非表扬的华为天才少年的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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