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Coremo 液壓動(dòng)力液壓制動(dòng)器的工業(yè)應(yīng)用的制動(dòng)系統(tǒng)
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人和人不能一概而論，國(guó)慶期間普通人都是想著出去旅游或者宅在家里，但是卻有大佬趁著放假，干出了一臺(tái)高精度機(jī)械臂，作為自己的生日禮物。
近日，B站科技區(qū)的UP主@稚暉君分享了一則視頻，里面是他在國(guó)慶期間自制機(jī)械臂的內(nèi)容，視頻中，他展示了如何用這臺(tái)機(jī)械臂，給葡萄進(jìn)行縫針的畫(huà)面。
更厲害的是，上面縫針的所有過(guò)程，都是稚暉君在廁所遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)完成的，讓眾多網(wǎng)友直呼大佬牛逼。
據(jù)稚暉君介紹，為了造出這臺(tái)機(jī)械臂，花了整整4個(gè)月時(shí)間，經(jīng)過(guò)了150個(gè)版本的修改，是目前自制項(xiàng)目中最復(fù)雜的，出于對(duì)鋼鐵俠的熱愛(ài)，還為這臺(tái)機(jī)械臂取名為Dummy。
其實(shí)在四個(gè)月前，稚暉君就憑借一輛可以自動(dòng)駕駛的自行車(chē)登上了熱搜，沒(méi)想到僅過(guò)了四個(gè)月，稚暉君就為我們帶來(lái)了更大的驚喜，而且很硬核的是，這臺(tái)機(jī)械臂從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件組裝到控制軟件，里里外外都是稚暉君一人完成的，成本只用了1萬(wàn)塊，網(wǎng)友們?cè)u(píng)論：“這個(gè)機(jī)器人的每一個(gè)環(huán)節(jié)，拆掉都?jí)蛭覀円粋€(gè)院當(dāng)畢業(yè)設(shè)計(jì)了。”
這臺(tái)機(jī)械臂是怎么做出來(lái)的？
沒(méi)有哪個(gè)理工男能拒絕一臺(tái)自己的機(jī)械臂，稚暉君也是如此，之前他淘過(guò)一臺(tái)二手機(jī)械臂，不過(guò)并不太滿意，于是就打算自己做一臺(tái)，真正的大佬就是這么硬核，但想要幾乎從無(wú)到有做出一臺(tái)成品，顯然是很困難的，這也是要花費(fèi)四個(gè)月時(shí)間的原因。
這臺(tái)機(jī)械臂屬于小型高精度6軸機(jī)械臂，在市面上很少見(jiàn)到，配套資料幾乎為0，各個(gè)步驟都需要稚暉君自己動(dòng)手，他把整個(gè)過(guò)程分為了三步，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電子系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)。
一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顧名思義就是設(shè)計(jì)機(jī)械臂的整體結(jié)構(gòu)，根據(jù)想要實(shí)現(xiàn)的參數(shù)功能，如移動(dòng)精度、自由度、延遲等等，對(duì)材料、零部件型號(hào)、安裝技術(shù)路線等各方面作出合理的設(shè)計(jì)，就如工程里面的制圖步驟。
在對(duì)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，最主要的是解決機(jī)器人三大核心零部件伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、減速器的設(shè)計(jì)。
一般來(lái)說(shuō)，真正的工業(yè)機(jī)器人中采用的都是無(wú)刷伺服電機(jī)。無(wú)刷伺服電機(jī)的好處在于動(dòng)態(tài)響應(yīng)、力矩和精度上都很不錯(cuò)，但考慮到自己的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)緊湊，稚暉君采用了步進(jìn)電機(jī)，這類(lèi)電機(jī)的精度最高，但缺點(diǎn)在于高轉(zhuǎn)速下力矩比較小。
為了解決力矩的問(wèn)題，稚暉君選擇了常用的諧波減速器，其擁有零背隙、高減速比、超小體積等優(yōu)點(diǎn)，可以很好的中和速度高力矩小的問(wèn)題。在最后的動(dòng)部分，為了保證精度以及體積的最小化，稚暉君設(shè)計(jì)了一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的一體閉環(huán)驅(qū)動(dòng)。
二、電子系統(tǒng)
電子系統(tǒng)就是機(jī)械臂的電路與控制系統(tǒng)，包括了電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、計(jì)算模塊、通信系統(tǒng)等等。實(shí)際上這臺(tái)機(jī)械臂上光各種型號(hào)的MCU就有12個(gè)，而且為了使后續(xù)的擴(kuò)展性足夠強(qiáng)，且交互方面能夠做一些很有意思的創(chuàng)新，在機(jī)體上搭載了Wifi，藍(lán)牙，2.4G等很多種無(wú)線能力。
電路方面最主要的是主控制器和電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器，其中后者為了電機(jī)一體式的驅(qū)動(dòng)，支持CAN總線和功率機(jī)聯(lián)，所以整套系統(tǒng)將所有的6個(gè)電機(jī)以及末端執(zhí)行器連接起來(lái)，僅需要4根線。
控制器是機(jī)械臂的小腦，稚暉君使用了之前設(shè)計(jì)的機(jī)器人開(kāi)發(fā)框架REF、基于Corte-M4內(nèi)核的MCU，憑借M4自帶FPU和DSP的內(nèi)核，為后面的控制算法中實(shí)現(xiàn)涉及到的大量復(fù)雜計(jì)算，展現(xiàn)出明顯的效率提升。
三、軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)就是要為這臺(tái)機(jī)械臂的控制器添加合適的系統(tǒng)，其核心在于算法，包括運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解的算法和動(dòng)力學(xué)模型的實(shí)現(xiàn)。
前者可以告訴我們機(jī)械臂的每個(gè)關(guān)節(jié)角度和最終末端的位置之間的正逆解求解關(guān)系，后者則用于實(shí)現(xiàn)碰撞檢測(cè)、柔性控制、力學(xué)反饋等很多功能，這又涉及到大量復(fù)雜的矩陣和偏微分計(jì)算，也正因此，機(jī)械臂才能做出各種靈活的動(dòng)作。
此外，為了簡(jiǎn)化交互的流程，稚暉君還設(shè)計(jì)了命令行、圖形化的上位機(jī)、手機(jī)端APP以及無(wú)線示教固件等等，同時(shí)為了與現(xiàn)實(shí)操作更加同步，他還將雙目相機(jī)、AHRS系統(tǒng)、華為昇騰AI算力平臺(tái)集合在一起，設(shè)計(jì)了可以“同步現(xiàn)實(shí)”的遠(yuǎn)程操控方式，這一切都是為了能夠讓機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)自如。
“這個(gè)項(xiàng)目表面上看起來(lái)是電子和機(jī)械，其實(shí)背后全是算法和數(shù)學(xué)。”稚暉君這樣總結(jié)道。
世事總是知易行難，稚暉君為了造出這臺(tái)機(jī)械臂，耗時(shí)4個(gè)月，經(jīng)歷了150個(gè)版本的修改，才終于把一臺(tái)二手且完全不夠智能的機(jī)械臂變成了一個(gè)全新的、附加各種智能功能的新產(chǎn)品，從給葡萄縫針的表現(xiàn)上看，已經(jīng)完全達(dá)到了工業(yè)級(jí)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，不得不佩服大佬的操作。
如今我國(guó)正處于智能制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵階段，各行各業(yè)對(duì)機(jī)器人的需求都十分旺盛，在近期的2021世界機(jī)器人大會(huì)上，工信部副部長(zhǎng)辛國(guó)斌表示，2020年中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)首次突破千億元，中國(guó)已成為支撐世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的中堅(jiān)力量，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)已連續(xù)8年穩(wěn)居全球第一，2020年裝機(jī)量占全球總量的44%。
另外，企查查數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)目前現(xiàn)存機(jī)器人相關(guān)企業(yè)30.8萬(wàn)家。僅2020年我國(guó)新增機(jī)器人相關(guān)企業(yè)就達(dá)6.98萬(wàn)家，同比增長(zhǎng)77.36%，是近十年新增機(jī)器人相關(guān)企業(yè)最多的一年。而今年前9個(gè)月，我國(guó)共新增機(jī)器人相關(guān)企業(yè)更是達(dá)到了8.59萬(wàn)家，機(jī)器人行業(yè)正走在發(fā)展的快車(chē)道上，值此之時(shí)，我們也需要更多像稚暉君這樣的高素質(zhì)人才，為國(guó)家的產(chǎn)業(yè)升級(jí)作出自己的貢獻(xiàn)。
(原標(biāo)題：華為百萬(wàn)年薪大佬，國(guó)慶造出能給葡萄縫針的機(jī)械臂，成本只用1萬(wàn)元！)
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