锐客网

  1. 首页 > 科技 > >

制造业|天才少年，用机械臂给葡萄做“外科手术”( 二 )


第三步，技术路线 。经过理论分析后将所有功能拆分成具体的环节，其中包括机械臂本体的结构设计和ID设计，闭环伺服和控制器的软件和硬件设计，以及空间定位装置的设计，层层相扣的环节组合在一起才能实现最终的功能目标 。
按照这个三步方案，稚晖君首先要在硬件层面依次解决电机、驱动器、减速器这三大核心部分的设计 。
一般情况下，工业机器人中采用的都是无刷伺服电机，这种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作为核心，优点在于精度极高，缺点在于高转速下力矩较小，于是他又搭配了谐波减速器作为增大力矩的配件组合，至于驱动部分，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 。
制造业|天才少年，用机械臂给葡萄做“外科手术”
文章图片

在准备好了电机、驱动器、减速器三大硬件部分之后，稚晖君开始对机械臂的软件层面展开设计，这部分同样十分重要，稚晖君提到整个项目花费时间最多的正是软件部分 。
这台机械臂软件核心在于算法，其中就包括运动学正逆解的算法和动力学模型的实现 。
前者能够得到机械臂的每个关节角度和最终末端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，正因如此，机器人才得以尽可能接近于人的手臂一样做出各种灵活动作 。
此外，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，这还不够，为了能够让机械臂和自己的手同步做出各种动作，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，甚至还在主控制器当中使用了基于LiteOS内核的鸿蒙系统，而这一切都是为了能够让机械臂运动自如，并便于操作，正如视频中他自己总结的那样：
“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 。”
虽然视频只有16分钟，但稚晖君为了造出这台机械臂整整花了4个月时间，经历了150个版本的修改，可以说，如今能够做到前面提到的各种各样的“黑科技”操作，是因为稚晖君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，这样硬核且强大的机械臂，自然也就比普通的机械臂更能充当他的桌面小助手了，而从这样一个产品，我们或许还能看到中国机械臂领域的另一面 。
中国机械臂前路依旧漫长明眼人或许发现了，视频中稚晖君淘到的二手机械臂，来自于海外日本三菱公司，而视频中使用到的谐波减速器，在很长一段时间都几乎由海外公司垄断 。
作为一种从上世纪70、80年代斯坦福大学实验室中走出的两种机器人形态之一，机械臂在工业机器人领域已经存在半个多世纪，但中国在相关领域的核心技术上依旧和海外有不少差距 。正如中国科学院院士，清华大学人工智能研究院教授张钹在2021年世界机器人大会演讲时提到的：
“国产工业机器人多集中于低端应用领域 。相对较复杂的多关节机器人市场，国外公司占据国内市场的90%以上份额 。国内的工业机器人绝大部分只是组装，国产自主品牌核心零部件技术尚有差距 。国产机器人中80%-90%使用国外减速器，60-70%使用国外电机、40%-50%使用国外控制器，缺乏核心零部件技术 。”

推荐阅读


上一篇：半导体|从青铜时代走到黄金时代，中国半导体这十年

下一篇：{调取该文章的TAG关键词}|TSMC Enjoys Record Quarterly Sales on Extended Global Chip Shortage