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機械人一向是稚暉君很感愛好的一個標的目的,而在產業機械人中他以為最適用的非機械臂莫屬。正巧,半年前稚暉君偶爾淘到了一臺二手機械臂,這讓他有些衝動。但是,喜悅之情還沒連續多久,稚暉君就有些不高興了:在他花了一些時光將這臺機械臂研討透闢,并本身開闢了一套 SDK 后,覺得了一點不妙:“這個手子不太行啊”。

稚暉君表現,今朝市道上的機械臂都不敷酷,是以決議要本身造一包養ptt臺很酷的機械臂,并將其取名為 Dummy(取自鋼鐵俠中一只名為 Dummy 的機械臂)。為此他總結了一份架構design圖(由于該圖較長,錄像中為轉動浮現,是以本文僅截取部門):

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硬件預備

既然是要design一臺機械臂,那就需求從硬件開端預備,究竟無論軟件算法再主要,也需求一個優質的載體才幹完善浮現。

驅動計劃

硬件方面,起首需求斷定的就是驅動計劃,此中包含人們常說機械人的三年夜焦點部件——電機、加速器和驅動器。

普通真正的產業機械人應用的電機都是無刷伺服電機,其機能各方面都很是優良,只是它的驅動體系較為復雜,并不實用于本次機械臂極端緊包養網dcard湊的構造傍邊。比擬之下,稚暉君選擇了精度最高的步行電機,但它在高轉速下力矩較小的毛包養sd病需求戰勝。

為此,稚暉君選擇應用產業機械臂里包養網車馬費面最常用的諧波加速以處理步行電機的力矩題目:其零背隙、高加速比、超小體積等長處的確是為這個項目量身打造。

電機和加包養sd速器斷定后,驅動器方面稚暉君design了一個步進電機的一體閉環驅動,以此包管驅動精度和體積最小化。包養dcard

構造design

驅動計劃斷定之后,緊接著就是構造design,以下為design圖終極版本:

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大師有包養網VIP沒有留意到這張圖的一個亮點?

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沒錯,這個終極版本是第 151 版,在此之前還有 150 個版本稿,稚暉君都直呼:“此次的作品是我至今為止畫過最復雜的構造design了。”

從圖中可以看到,這款機械臂一共應用了 6 個電機和 6 個諧波加速器,機身主體采用鋁 CNC 加工,裝潢組件則由 3D 打印制作,為了雅觀,把持電路上也都集成在本體上。

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裴奕點了點頭,然後驚訝的說出了自己的打算,道:“寶寶打算過幾天就走,再過幾天走,應該能在過年之前回來。”稚暉君還提到,之所以這個機械臂會design成白色,并不是為了致敬鋼鐵俠,而是由於“假如野生鋼鐵俠的機械人有色彩的話,那必定是中國紅”,稚暉君自稱為“野生鋼鐵俠”。

電路design

整套機械臂的電路design也很是復雜,此中觸及到了電源模塊、電機驅動、盤算模塊、通訊體系等良多方面,光各類型號的 MCU 就用了 12 個。此外,為了后續的擴大性夠強,能在交互方面做一些奇特立異,稚暉君在機體上還搭載了 WiFi、藍牙、2.4G 等多種無線才能。

當然,這都是主要的,在電路方面最重要的仍是主把持器和電機伺服驅動器“是啊,就是因為不敢,女兒才更傷心。是女兒做錯事了,為什麼沒有人責備女兒,沒有人對女兒說真話,告訴女兒是她做的。

先說電機伺服驅動器吧,稚暉君將其design為電機一體式的驅動,支撐 CAN 總線和功率機聯,是以整套體系上去,僅需 4 根線即可將 6 個電機以及結尾履行器所有的銜接起來。不只這般,這款驅動器的機能也很是優良,應用 FOC 加斬波恒流,并且添加了高精度的磁編碼停止閉環把持,是以防止了像傳統步進電機那樣丟步的能夠,在最高轉速和包養情婦效力方面也表示包養故事不俗。

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“假如說驅動器是心臟的話,那把持器就是機械臂的小腦了。”把持器方面,稚暉君采用了他此前開闢的機械人開闢框架 REF,基于 Cortex-M4 內核的 MCU。稚暉君說明道,這是由於 M4 內核自帶 FPU 和 DSP,可年夜幅晉陞此后把持算法中觸及到的大批復雜盤算的效力。別的,主把持器采用冗余design,除了主把持器 REF 外,還搭載了一個 ESP32 作為協處置器,用作 STM32 的平安備份并供給 WiFi、 藍牙等無線才能。

總體而言,稚暉君為處理精度和機能題目,共停止了三個步調:

第一、應用步進電機加一體閉環驅動;

第二、應用 0 背隙的諧波加速器;

第三、在后續的算法實行sd包養中停止高精度抵償。

軟件走起

硬件具有了,但這只是開端,更為焦點的仍是軟件算法部門。稚暉君指出,對于機械臂來說,最焦點的軟件內在的事務在于活動學正逆解的算法以及動力學模子的完成。

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活動學正逆解算法可以得知機械臂每個關節角度和終極結尾地位之間的正逆解求解關系,而動力學模子則用于完成碰撞檢測、柔性把持、力學反應等多種效能,詳細會觸及到大批非常包養sd復雜的矩陣和偏微分盤算,這一點也是稚暉君在項目完成中包養網站破費時光最多的部門:“請大師記住,這些項目概況上看起來是電子和機械,實在背后滿是算法和數學。”

除了焦點算法外,軟件部門還包含號令行和圖形化的上位機、手機真個 APP 以及無線示教器固件等。別的,能夠還有人留意到了機械臂底座上有一個又年夜又圓的燈環:

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看起來是不是很像……沒錯,就是鴻蒙的 Logo,這臺機械臂主把持器里運轉的是 LiteOS 內核的鴻蒙體系。

交互方法

軟硬件兼備,那么接上去就是我們最膾炙人口的演示環節啦!在這個部門,稚暉君展包養俱樂部現了良多慣例和很是規的交互方法,一句話總結就是:你想要的交互方法,這里都有!

應用串口

這是一種最簡略的交互方法,機械臂經由過程 USB 連上電腦會呈現一個串標語,應用者能很便利地用串口號令來把持機械臂,還可以選擇多種坐標方法,例如關節坐標系、世界坐標系、東西坐標系等,而一切的姿勢結算均在機械包養站長臂外部完成。

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應用號令行

經由過程稚暉君design的 REF 自帶的 RPC 框架,可完成更年夜不受拘束度的機械臂把持和各類參數設置。

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圖形化上位機

以上兩種方法對于技巧人沒啥題目,但對于通俗人來說就有些“陽間”了。是以稚暉君還完成了對應的圖形化上位機,可以在上位機中停止“傻瓜式”的拖拽交互。

同時,這種交互仍是雙向的,即不只可以把舉措下發給機械臂,還可以在軟件中及時同步機械臂的姿勢:

手動協作示教

實際下去說,以上三種交互方法曾經可以知足盡年夜大都的應用需求了,但不斷改進的稚暉君怎會止步于此:“更優雅的交互方法是什么?當然是連軟件都不消翻開,所見即所得。”

基于此,可在硬件design階段經由過程公道設置加速器的加速比,使得機械臂可以在堅持力矩和精度的同時停止反驅,以此取得手動協作示教的效能,即只需手動教它一遍活動流程,它就可以主動進修重復:

但良多協作機械都有手動示教效能,所以稚暉君感到這并不算炫酷,是以他design了一個開啟發教效能的特殊方式:一個無線智能小終端。

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這個無線示教器名為 Peak,其效能很是多,可經由過程低功耗藍牙和機械臂停止無感銜接以及時顯示機械臂的各類狀況信息,還可以包養合約切換各類效能,此中就包含進進示教形式。

AR

除此之外,稚暉君還應用了較為前沿的 AR 技巧作為交互方法。究竟上位機無法展現真正的周遭的狀況,手動示教也比擬累,而聯合加強實際技巧則可以真正完成“指哪打哪”的後果。

最終交互短期包養形狀:像本身的手臂一樣

信任在很多人看來,以上這些交互方法曾經足夠優良了,但對稚暉君來說卻“還沒有到幻想狀況”、“這一切都還不敷天然和優雅”。為了尋求極致的交互狀況,稚暉君思慮了好久,包養合約終極想到了人類應用機械臂最合適直覺的方法:要跟應用本身的手臂一樣。

出于這種設法,稚暉君design了一套由雙目相機、AHRS 體系、AI 算力平臺、力兩個媽媽抱在一起,哭了半天,直到女僕趕緊過來告訴醫生,然後擦掉臉上的淚水,將醫生迎進了門。傳感和力反應裝配以及通訊模組構成的裝配,以此完成將人類手臂的舉措直接同步到機械臂上,詳細道理如下:

起首由雙目相機停止目的辨認和跟蹤定位以及AH包養管道RS 體系停止姿勢解算來獲取正確的手部地位和扭轉姿勢(由于此經過歷程觸及到的 AI 算法需求高效盤算平臺來承載,是以稚暉君選擇了huawei昇騰的 Atlas 邊沿盤算平臺),然后及時的位姿信息會顛末復雜的坐標換算經由過程無線的方法發送給機械臂,機械臂收到之后便能呼應履行。

不只這般,斟酌到機械臂的適用性價值,稚暉君還為機械臂design了一個帶力反應的微型夾爪,也就是說,應用者可隨時得知夾爪正在抓取工具的力度。

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同時,聯合空間定位體系,他還design了一個手持把持器,集成了 AHRS 裝配、紅外 LED 以及 PS5 手柄中號稱黑科技的扳機(此中安頓了一個力反應馬達,可完成對于各類物理後果的真正的模仿)。

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整套裝備的終極後果可謂最終交互形狀:應用者不只可以把舉措及時同步到機械臂,並且還可以在把持器這邊及時感觸感染到機械臂結尾抓取工具的質感。

為了展示這個後果有多驚人,稚暉君用機械臂給葡萄做了一個縫合手術:

天然,這套舉措讓人們親手完成也可以,不就是縫個葡萄,但你可以人在茅廁縫著客堂的葡萄嗎?沒錯,這臺機械臂可以完成長途操縱,除此之外,他還可以停止軟件往抖、活動范圍的重映射、力矩強加強等多種人手無法到達的後果。

審核編纂:劉清


原文題目:基于STM32、ESP32,鋼鐵俠打造機械臂

文章出處:【微電子訊號:c-stm32,微信大眾號:STM32嵌進式開闢】包養留言板接待添加追蹤關心!文章轉錄發載請注明出處。


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