介紹
今天，我將向大家展示一個我獨立設(shè)計并實現(xiàn)的機械臂模型。這個模型的核心功能是實現(xiàn)實時的手勢追蹤——只需用手輕輕拖拽，機械臂就能立即跟隨你的動作進(jìn)行移動。

我之所以想要創(chuàng)造這樣一個模型，是因為在一些危險環(huán)境中，我們可以用機械臂來代替人工進(jìn)行作業(yè)，從而避免人員的生命安全受到威脅。

你可能會問，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，而要選擇手動拖拽的方式呢？我覺得只有手動操作，才能最大程度上滿足我們對動作精準(zhǔn)度的需求。因此，我決定開始嘗試制作這個模型，并初步完成了整個demo。

我希望，通過這個demo，我能向大家展示出機械臂的無限可能性，同時也希望能激發(fā)出大家對未來科技的無限憧憬。

機械臂設(shè)備
mechArm 270 M5
mechArm 270 是一款六自由度的機械臂，它精巧的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠放入一個書包里，攜帶和方便。較為重要的一點是開放了很多控制的API，用python能夠快速開始對機械臂的控制。沒有很復(fù)雜的操作，甚至還有圖形編程，這對一些不是很懂代碼的人也能夠快速上手控制機械臂。

mechArm是一款桌面型的仿工業(yè)結(jié)構(gòu)的機械臂，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，我們就開始介紹我時如何制作這個demo過程的記錄。

使用的環(huán)境
操作系統(tǒng)：windows11

編程語言：python3.9+

python lib：pymycobot，time

pymycobot是大象機器人的一個開源庫，專門用來控制大象機器人的機械臂。一段簡單的控制代碼例子。

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)

簡單介紹了下如何使用python來控制mechArm，是不是很容易呢。

分析問題
開始項目之前要搭建框架，了解我們具體需要解決什么問題才能夠?qū)崿F(xiàn)。對此我做了一個項目的流程圖。下面我將手動施教的機械臂簡稱為R1，跟隨運動的機械臂簡稱為R2。

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

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

Communication between robotic arms：整個項目中這一步驟是比較重要的一步。建立好之后，機械臂能夠發(fā)送信息就能夠很輕易的實現(xiàn)了。

接下來主要講解Motion Control methods和communication between robotic arms。

Motion Control methods
獲取實時角度信息
pymycobot提供了”get_angles()"方法可以過去當(dāng)前機械臂的角度信息。

# 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

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

運動不平滑
運動不準(zhǔn)確
運動不連續(xù)
插補模式：插補模式可以實現(xiàn)平滑連續(xù)的軌跡規(guī)劃，確保機械臂末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)在運動過程中平滑過渡。

非插補模式：非插補模式是指機械臂在運動過程中只關(guān)注特定的目標(biāo)點，而不進(jìn)行插值計算。在非插補模式下，機械臂的位置和姿態(tài)會在關(guān)鍵點之間直接跳躍，而不會經(jīng)過平滑的過渡。

在進(jìn)行多個機械臂同時使用插補模式進(jìn)行運動時，可能會出現(xiàn)等待或排隊的情況，所以我們選擇使用非插補模式。

#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：

我們的方案是兩臺機械臂接入同一個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機械臂的串口號，可以對他們分別發(fā)送指令任務(wù)。

讓我們一起來看看效果如何

總結(jié)
根據(jù)內(nèi)容可以看出來雖然說是能夠做到百分之七八十的同步。也會因為一些其他的因素所影響 ，造成了不小的延遲。造成延遲的原因可能有幾個方面，比如說數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)乃俣?，機械臂的反應(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，還有一個很大的局限性就是，它們的通信通過串口進(jìn)行連接的，如果距離稍微遠(yuǎn)一點的話就沒辦法在用這種方法去使用，實用性不強，后期我會嘗試使用藍(lán)牙，WiFi等無限連接的方式來嘗試控制。

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

審核編輯 黃宇