給一個人！一條龍！做了一個鋼鐵俠機器人手臂！

天才少年，一個人變成了一個人。

智慧君一裝修，其他科技區的up主們就陸續回到了自己的生活區。這是年輕人對芷惠君的最高褒獎！

國慶期間，華為天才少年智送了一大塊:給一個人！一條龍！做了一個鋼鐵俠機器人手臂！

據說這是他迄今為止的業余項目其中最復雜的就連學生何也在評論區占據了沙發:我擅長吃東西

機械臂的名字也很有意思mdashmdash它叫Dummy，不僅致敬鋼鐵俠機械臂的愚蠢，還被束縛在機械臂的末端，引導點，暗含孩子氣的CDH君的小心思，真是妙哇！

在智慧君這個項目中，操作系統和AI計算平臺也使用了華為鴻蒙系統和Ascension Atlas處理器，機身依舊是一抹靚麗的中國紅。

在華為，我的心在中國，在彈幕大軍中，我感嘆智超強的專業能力，把所有的軟硬件都拿走，高效的四個月肝臟

使用嗶哩嗶哩專業演講。說，這不是一鍵三連，正如智惠均在《嗶哩嗶哩動態》中多次說的，要努力做科技與人文交匯處最漂亮的孩子！

主營業務華為AI算法工程師，是副業科技區的UP老板這個博主不簡單

路人粉應該知道他身上的標簽是最顯眼的華為天才少年但關注過他的人都知道，他的標簽是對科技的極致熱愛

智惠均應該是每一個電子發燒友都渴望卻又遙不可及的哥哥但是，他說他不是CS班的他的本科專業是生物醫學工程，研究生專業是信息與通信系統18年畢業于中國電子科技大學，之后在OPPO算法崗位工作現為華為AI算法工程師

此外，他也是一位在技術上追求極致的up主從一個動手的大學生分享各種硬件的DIY視頻，到分享嗶哩嗶哩最強的迷你電視，FOC矢量控制器，PocketLCD和自動自行車，他在斜杠路上受到很多網友的追捧

用智惠均自己的話說，做AI算法研究，芯片使能軟件棧開發，DSA架構下的稀疏矩陣加速，可視化庫的異構加速等但下班后做事對大家來說更有樂趣在這個機械臂的動態中，兩個月來，他與粉絲分享了機械臂:的成長記錄

8月6日通知下一個項目是機械臂

10號，我和很多網友一起報道了。制作了設計圖

接下來的一個月，順便說一句，加工師傅放慢了進度，等待的時間已經做好了小模塊。

日前，加工好的零件終于收到，9月19日，機械臂完整閉環驅動完成。

10月6日全部完成，視頻將于10月7日發布。

網友們驚嘆智慧君的恐怖之處在于，已經自己完成了所有的細節，建模，算法，電路設計，驅動設計，APP開發，光是執行就足夠了！

它的知識覆蓋不是用普通的學術方法實現的，華為用天才計劃將其收歸麾下，想必是看中了他日前，任在中央研究院創新先鋒研討會上與部分科學家，專家和實習生進行了交流

對于2012年的實驗室，公司從來沒有給過你太多的約束比如有人研究自行車自動駕駛，但公司從來不約束他我們要生產自行車嗎不，這是他已經掌握的知識，手術刀，說不定以后會起到什么作用，有什么巨大的商業價值

這個項目看似四個月的工作，但實際上有很多無刷驅動，小電視等前期項目的存款表面上，這個項目是電子和機械的，但在背后，它充滿了算法和數學

項目背后，智自己說，他堅持每個項目開源，和大家一起進步。能夠通過項目視頻向你展示某個方向的技術概況，并且有感覺和興趣

如何自己打造酷炫的機器人手臂如何在有限的成本下做出市場上精度最高，性能最強，體積最小的機械臂

首先要解決三個問題:機械結構設計，電子系統和軟件系統。

1.機械結構設計結構設計首先要解決的是精度問題在機器人的硬件設計中，人們常說機器人的三大核心部件是電機，減速器和驅動器實際工業機器人中使用的電機通常是無刷伺服電機

無刷伺服電機具有良好的動態響應，轉矩保持和精度缺點是驅動系統復雜，不適合這種極其緊湊的結構所以智惠均決定在他的計劃中使用步行馬達這種電機精度最高，但缺點是高速時扭矩相對較小

因此，為了解決扭矩問題，電機通常配備減速器減速器是一種類似汽車的變速箱，用于降低輸出速度和增加輸出扭矩

目前市場上所有的小型機械臂都使用行星減速器，但在這個項目中，使用的是工業機械臂中最常用的諧波減速器在柔性輪和波發生器的共同作用下，諧波減速器具有無側隙，減速比高，體積超小等優點，非常適合本工程

諧波減速器的工作原理確定在電機和減速器之后，最后是驅動器為了保證驅動精度，減小體積，智設計了一種一體化閉環驅動的行走電機在第151份設計草案事實上，整個機械臂總共使用了6個電機和6個諧波減速器

同時，為了保證機身的強度和精度，機身主體采用鋁制CNC加工，而裝飾部件則采用3D打印制作所有的控制電路都集成在主體上，充分考慮了美觀

第二，整套電子系統設備的電路設計相當復雜，涉及電源模塊，電機驅動和計算模塊。

塊，通信系統等等。

實際上這臺機械臂上光各種型號的MCU就有12個，而且為了使后續的擴展性足夠強，且交互方面能夠做一些很有意思的創新，在機體上搭載了Wifi，藍牙，2.4G等很多種無線能力電路方面最主要的是主控制器和電機伺服驅動器，其中后者為了電機一體式的驅動，支持CAN總線和功率機聯，所以整套系統將所有的6個電機以及末端執行器連接起來，僅需要4根線

這款驅動器的性能可以說非常暴力，方案使用的是FOC加斬波恒流由于添加了高精度的磁鐵編碼進行閉環控制，所以不會存在傳統步金電機丟步的風險

同時在最高轉速和效率方面，也不是3D打印機上那種驅動器能比擬的如果說驅動器是心臟的話，那控制器就是機械臂的小腦了在這個項目中，稚暉君使用了之前設計的機器人開發框架REF，基于Corte—M4內核的MCU提到這，稚暉君還是考量到后期的性能擴展性，憑借M4自帶FPU和DSP的內核，為后面的控制算法中實現涉及到的大量復雜計算，展現出明顯的效率提升

另外主控制器采用冗余設計除了主控制器REF外，還板載了一個ESP32作為協處理器一方面作為STM32的安全備份，另一方面可以用于提供wifi藍牙等無線能力

總之為了解決最開始提到的精度和性能問題，解決方案就是:第一，使用步進電機加一體閉環驅動，第二，使用0背隙的諧波減速器第三，在后續的算法實踐中進行高精度補償。

三，軟件設計對于機械臂來說，最核心的軟件內容在于運動學的正逆解的算法以及動力學模型的實現。

前者告訴我們機械臂的每個關節角度和最終末端的位置之間的正逆解求解關系，后者則用于實現碰撞檢測，柔性控制，力學反饋等功能其中涉及到大量非常復雜的矩陣和偏微分計算，也是在項目實現中花費時間最多的部分

而且可以選擇多種坐標方式，比如關節坐標，世界坐標系，工具坐標系等所有的姿態結算都是在機械臂內完成第二種交互方式是使用命令行，通過前期設計的REF自帶的RPC框架，可以實現更大自由度的機械臂控制和各種參數設置

但是前面兩種方式偏極客，對于普通人來說，圖形化才是更，陽間，的交互方式于是也實現了對應的圖形化上位機在上位機中可以進行傻瓜式的拖拽交互，而且是雙向交互

也就是既可以把動作下發給機械臂，也可以在軟件中實時同步機械臂的姿態至此，這款機械臂才基本可以滿足絕大多數的使用需求這就完了嗎相比于上述方案，更優雅的交互方式是什么呢

回到硬件設計階段，如果合理地設置減速器的減速比，這臺機械臂就可以在保持力矩和精度的同時進行反驅，所以獲得了一個手動協作示教的功能只需要手動教它一遍運動的流程，它就可以自動學習重復手動示教，其實是很多協作機器人都有的功能，并不算炫酷

值得一提的是開啟示教功能的方法，整個機械臂的機身，除了一個電源按鈕，沒有別的按鍵，那么如何進行各種功能的切換呢一方面是通過動力學模型進行自動檢測，另外可以通過示教器開啟

在方案中，稚暉君設計了一個無線智能小終端，也是這臺機械臂的伴侶，它可以通過低功耗藍牙和機械臂進行無感連接，連接之后可以實時顯示機械臂的各種狀態信息，以及切換各種功能，比如進入示教模式。

還有別的交互方式嗎在新方案中，是不是可以結合一些比較前沿的技術，比如AR增強現實技術，在上位機中無法展示真實的環境，實現指哪打哪的效果

當然，只要方案可行，稚暉君就能做出來！但此時，生物學本行的稚暉君想到，機械臂和人類手臂有什么不同人類使用機械臂最符合直覺的方式是什么能不能設計一套系統，把人手臂的動作直接同步到機械臂上面

如何做出一只，優雅，的機械臂。

同步現實！在終極方案中，稚暉君設計了一套裝置，由雙目相機，AHRS系統，AI算力平臺，力傳感器和力反饋裝置以及通信模組組成。

為了實現機械臂和人手臂動作同步，首先需要獲取準確的手部位置和旋轉姿態，而這兩點分別由雙目相機進行目標識別，跟蹤定位，以及AHRS系統進行姿態解算來實現。

其中涉及到的AI算法需要高效的計算平臺來承載，用是華為昇騰的Atlas邊緣計算平臺實時位姿勢信息經過復雜的坐標換算，以無線的方式發送給機械臂，并由機械臂響應執行，這樣的交互極其絲滑

但機械臂的實用性并不體現在動一下而已， 通過在機械臂末端更換不同的效應器，來實現不同的功能，完成不同任務，才是有價值的地方。

比如說安裝激光器可以三維雕刻，安裝畫筆可以書畫，安裝小型的主軸作為6軸的雕刻機，又或者最常見的，安裝夾爪完成各種通用操作。

在末端，稚暉君添加了從ps5手柄拆來的帶力反饋的微型夾爪，可以時刻得到夾爪正在抓取東西的力度結合前面說的空間定位系統，又設計了一個手持控制器，包括AHRS裝置而末端有一個紅外的LED，還可以用于雙目相機進行輔助識別

整個鏈條打通后的效果是，我們不僅可以把動作實時同步到機械臂，還能在控制器這邊實時感受到機械臂末端抓取東西的質感，這才是終極的交互形態。

機械臂縫合葡萄皮談到如何應用，其實并不遙遠通過機械臂執行動作，可以達到很多人手無法達到的效果，比如可以進行軟件去抖，運動范圍的重映射，力矩強增強等，更重要的是遠程手術，也不再是難題