開(kāi)源六軸協(xié)作機(jī)械臂MechArm案例演示！

介紹
今天，我將向大家展示一個(gè)我獨(dú)立設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的機(jī)械臂模型。這個(gè)模型的核心功能是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的手勢(shì)追蹤——只需用手輕輕拖拽，機(jī)械臂就能立即跟隨你的動(dòng)作進(jìn)行移動(dòng)。

我之所以想要?jiǎng)?chuàng)造這樣一個(gè)模型，是因?yàn)樵谝恍┪ｋU(xiǎn)環(huán)境中，我們可以用機(jī)械臂來(lái)代替人工進(jìn)行作業(yè)，從而避免人員的生命安全受到威脅。

你可能會(huì)問(wèn)，為什么不直接使用遠(yuǎn)程的鍵盤控制、手柄控制或者APP控制，而要選擇手動(dòng)拖拽的方式呢？我覺(jué)得只有手動(dòng)操作，才能最大程度上滿足我們對(duì)動(dòng)作精準(zhǔn)度的需求。因此，我決定開(kāi)始嘗試制作這個(gè)模型，并初步完成了整個(gè)demo。

我希望，通過(guò)這個(gè)demo，我能向大家展示出機(jī)械臂的無(wú)限可能性，同時(shí)也希望能激發(fā)出大家對(duì)未來(lái)科技的無(wú)限憧憬。

機(jī)械臂設(shè)備
mechArm 270 M5
mechArm 270 是一款六自由度的機(jī)械臂，它精巧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠放入一個(gè)書(shū)包里，攜帶和方便。較為重要的一點(diǎn)是開(kāi)放了很多控制的API，用python能夠快速開(kāi)始對(duì)機(jī)械臂的控制。沒(méi)有很復(fù)雜的操作，甚至還有圖形編程，這對(duì)一些不是很懂代碼的人也能夠快速上手控制機(jī)械臂。

mechArm是一款桌面型的仿工業(yè)結(jié)構(gòu)的機(jī)械臂，工作最大半徑在270mm，負(fù)載250g，重復(fù)定位精度控制在±0.5mm。

Project
介紹完基礎(chǔ)的設(shè)備，我們就開(kāi)始介紹我時(shí)如何制作這個(gè)demo過(guò)程的記錄。

使用的環(huán)境
操作系統(tǒng)：windows11

編程語(yǔ)言：python3.9+

python lib：pymycobot，time

pymycobot是大象機(jī)器人的一個(gè)開(kāi)源庫(kù)，專門用來(lái)控制大象機(jī)器人的機(jī)械臂。一段簡(jiǎn)單的控制代碼例子。

Code：

#Main methods used

#Create objects to communicate with the robotic arm.
MyCobot(serial,baud)
# angles control robot,
send_angles([list_angles],speed)
# coords control robot
send_coords([list_coords],speed,mode)

Example:

import time
from pymycobot.mycobot import MyCobot

# create a object
mc = MyCobot("com7",115200)

# angles control
mc.send_angles([0,0,0,0,0,0],100)
time.sleep(1)
mc.send_angles([90,90,90,90,90,90],100)
time.sleep(1)

簡(jiǎn)單介紹了下如何使用python來(lái)控制mechArm，是不是很容易呢。

分析問(wèn)題
開(kāi)始項(xiàng)目之前要搭建框架，了解我們具體需要解決什么問(wèn)題才能夠?qū)崿F(xiàn)。對(duì)此我做了一個(gè)項(xiàng)目的流程圖。下面我將手動(dòng)施教的機(jī)械臂簡(jiǎn)稱為R1，跟隨運(yùn)動(dòng)的機(jī)械臂簡(jiǎn)稱為R2。

Control robotic arm：上邊已經(jīng)提到了如何控制機(jī)械臂，使用pymycobot庫(kù)提供的方法就可以實(shí)現(xiàn)了。

Motion Control methods：R1機(jī)械臂可以用手拖動(dòng)，時(shí)時(shí)刻刻返回當(dāng)前機(jī)械臂的角度信息，R2機(jī)械臂接收R1的機(jī)械臂角度信息進(jìn)行控制。

Communication between robotic arms：整個(gè)項(xiàng)目中這一步驟是比較重要的一步。建立好之后，機(jī)械臂能夠發(fā)送信息就能夠很輕易的實(shí)現(xiàn)了。

接下來(lái)主要講解Motion Control methods和communication between robotic arms。

Motion Control methods
獲取實(shí)時(shí)角度信息
pymycobot提供了”get_angles()"方法可以過(guò)去當(dāng)前機(jī)械臂的角度信息。

# Can obtain the current angle information of the robotic arm in real time
get_angles()

# example
print("real-time angles:",mc.get_anlges())

result: real-time angles:[0,0,0,0,0,0]

# Continuously obtain the current angle
while True:
   angels = mc.get_angles()
   print(angles) 
   time.sleep(0.1) #Go to the next step every 0.1s

機(jī)械臂的刷新模式設(shè)置
機(jī)械臂的刷新模式：主要分為兩種插補(bǔ)模式和非插補(bǔ)模式，是指在運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃中，控制機(jī)械臂末端執(zhí)行器的移動(dòng)方式。如果沒(méi)有設(shè)置任何模式，機(jī)械臂可能無(wú)法正確執(zhí)行預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，并且可能導(dǎo)致以下后果：

運(yùn)動(dòng)不平滑
運(yùn)動(dòng)不準(zhǔn)確
運(yùn)動(dòng)不連續(xù)
插補(bǔ)模式：插補(bǔ)模式可以實(shí)現(xiàn)平滑連續(xù)的軌跡規(guī)劃，確保機(jī)械臂末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中平滑過(guò)渡。

非插補(bǔ)模式：非插補(bǔ)模式是指機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只關(guān)注特定的目標(biāo)點(diǎn)，而不進(jìn)行插值計(jì)算。在非插補(bǔ)模式下，機(jī)械臂的位置和姿態(tài)會(huì)在關(guān)鍵點(diǎn)之間直接跳躍，而不會(huì)經(jīng)過(guò)平滑的過(guò)渡。

在進(jìn)行多個(gè)機(jī)械臂同時(shí)使用插補(bǔ)模式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)等待或排隊(duì)的情況，所以我們選擇使用非插補(bǔ)模式。

#Set refresh mode
set_fresh_mode(1/0) 
1：no interpolation
0：interpolation

mc.set_fresh_mode(1)

我們將前面的整合在一起的代碼如下

Code:

import time
from pymycobot.mycobot import MyCobot

mc = MyCobot("COM7", 115200)    #release arm
mb = MyCobot("COM11", 115200)   #move arm

mb.set_fresh_mode(1)    #no interpolation
time.sleep(1)
mc.release_all_servos() #release robot
time.sleep(1)
speed = 100
while True:
   angles = mc.get_angles()    #get release arm angles
   mb.send_angles(angles, speed)   #send angles to move arm
   time.sleep(0.1)

Communication between robotic arms：

我們的方案是兩臺(tái)機(jī)械臂接入同一個(gè)PC，用串口連接的方式.

# build connection
from pymycobot.mycobot import MyCobot

mc = MyCobot("COM7", 115200)   
mb = MyCobot("COM11", 115200)

用最基礎(chǔ)的usb數(shù)據(jù)線進(jìn)行連接，我們電腦上就有兩個(gè)機(jī)械臂的串口號(hào)，可以對(duì)他們分別發(fā)送指令任務(wù)。

讓我們一起來(lái)看看效果如何

總結(jié)
根據(jù)內(nèi)容可以看出來(lái)雖然說(shuō)是能夠做到百分之七八十的同步。也會(huì)因?yàn)橐恍┢渌囊蛩厮绊?，造成了不小的延遲。造成延遲的原因可能有幾個(gè)方面，比如說(shuō)數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)乃俣龋瑱C(jī)械臂的反應(yīng)速度，軟件的優(yōu)化，硬件的性能等等，這些都是可能 產(chǎn)生延遲的因素。

除此之外，還有一個(gè)很大的局限性就是，它們的通信通過(guò)串口進(jìn)行連接的，如果距離稍微遠(yuǎn)一點(diǎn)的話就沒(méi)辦法在用這種方法去使用，實(shí)用性不強(qiáng)，后期我會(huì)嘗試使用藍(lán)牙，WiFi等無(wú)限連接的方式來(lái)嘗試控制。

本次記錄就更新到這里，如果你有更好的想法，無(wú)論是優(yōu)化的功能或者說(shuō)是其他的建議歡迎在下方留言。

審核編輯 黃宇