华为工程师自制机械臂给葡萄缝针(华为百万年薪天才少年制作机械臂)

人不可能和别人一样。国庆期间,普通人都在想着出去旅游或者呆在家里,但是一些大人物却利用假期,得到了一个高精度的机械臂作为生日礼物。

最近,哔哩哔哩科技园区的Upmaster @ Zhihuijun分享了一个视频,其中他在国庆期间制作了自己的机械臂。在视频中,他展示了如何用这个机械臂缝葡萄。

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更有甚者,上面所有的缝纫过程都是智慧君在厕所里远程实时完成的,让不少网友大呼过瘾。

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据智介绍,为了打造这个机械臂,花了整整4个月的时间,经过150次修改,是目前最复杂的自制项目。出于对钢铁侠的喜爱,这条机械臂被命名为Dummy。

其实四个月前,智慧君就凭借一辆自动驾驶自行车登上了热搜。没想到,仅仅4个月后,智慧君就给我们带来了更大的惊喜。更何况是很硬核的。这款机械臂从结构设计、硬件组装到控制软件,里里外外都是由智慧君完成的,成本仅一万元。网友评论道:“这个机器人的每一个环节都可以拆到足够多。

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这台机械臂是怎么做出来的?

没有一个科技人能拒绝自己的机械臂,智也是。他之前淘过一个二手机械臂,但是不是很满意,所以打算自己做一个。真正的老板就是这么骨灰级,但是几乎从零开始做一个成品显然是非常困难的,这也是为什么要花四个月的原因。

这个机械臂属于小型高精度6轴机械臂,市面上很少见到。配套资料几乎为零,每一步都需要智惠均亲自动手。他将整个过程分为三步,包括结构设计、电子系统和软件设计。

1.结构设计。

结构设计,顾名思义,就是设计机械臂的整体结构。根据要实现的参数和功能,如运动精度、自由度、延时等。材料、零件型号、安装技术路线等各方面设计合理,就像工程中的制图步骤一样。

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在机械手的结构设计中,最重要的是解决机器人的三个核心部件——伺服电机、驱动器和减速器的设计。

一般来说,真正的工业机器人用的都是无刷伺服电机。无刷伺服电机的优势在于其出色的动态响应、转矩和精度。但考虑到其机械臂结构紧凑,智慧君采用步进电机,精度最高,但缺点是高速时扭矩比较小。

为了解决扭矩的问题,智汇君选择了常用的谐波减速器,具有零侧隙、高减速比、超小体积等优点,可以很好的中和高转速低扭矩的问题。在最后的运动部分,为了保证精度和最小化体积,智汇君设计了步进电机的一体化闭环驱动。

第二,电子系统

电子系统是机械臂的电路和控制系统,包括电源模块、电机驱动、计算模块、通信系统等。事实上,这个机械臂上有12个各种类型的MCU,并且为了让后续的扩展性足够强,并在交互方面进行一些有趣的创新,机械臂配备了Wifi,蓝牙,2.4G等许多无线功能。

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电路的主要部分是主控制器和电机伺服驱动器,其中后者支持CAN总线和电源联动,用于电机的集成驱动,因此整个系统连接所有六个电机和末端执行器,只需要四根导线。

它是操纵者的小脑。智慧君使用了之前设计的机器人开发框架REF和基于Corte-M4内核的MCU。利用M4自己的FPU和DSP内核,实现了后续控制算法中涉及的大量复杂计算,表现出明显的效率提升。

第三,软件设计

软件设计是给这个机械手的控制器加上一个合适的系统,其核心在于算法,包括正逆运动学的算法和动力学模型的实现。

前者可以告诉我们各个关节角度的正反解与机械手最终末端位置的关系,后者用于实现碰撞检测、柔性控制、机械反馈等多种功能。其中涉及大量复杂的矩阵和偏微分计算,这也是机械手能够做出各种灵活动作的原因。

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此外,为了简化交互流程,智汇君还设计了命令行、图形化上位机、手机APP和无线教学固件等。同时,为了与实际操作更加同步,他还汇集了双目摄像头、AHRS系统和华为瑞星AI计算平台,设计了可以“同步现实”的遥控模式,这一切都是为了让机械臂自由移动。

“这个项目表面上看起来像电子和机械,但背后都是算法和数学。”惠均这样总结道。

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事情总是说起来容易做起来难。智慧君花了4个月的时间打造了这个机械臂,经过150次的修改,终于把一个二手的、完全不智能的机械臂变成了一个全新的、拥有各种智能功能的新产品。从给葡萄缝针的性能来看,完全达到了工业应用标准,他不得不佩服大老板的操作。

现在中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非常旺盛。在不久前的2021世界机器人大会上,工信部副部长辛表示,2020年中国机器人产业规模首次突破1000亿元,中国已经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八年位居全球第一,2020年装机量占全球总量的44%。

此外,调查数据显示,中国有30.8万家机器人相关企业。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%,是近十年来新增机器人相关企业数量最多的一年。今年前9个月,中国新增机器人相关企业8.59万家,机器人产业正步入快速发展轨道。这个时候,我们也需要更多像智慧君这样的高素质人才,为国家的产业升级做出自己的贡献。

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