走近桌面机械臂

近年来，市场上的桌面机械臂产品发展迅速，人们对桌面机械臂也产生了越来越浓厚的兴趣。与价格高昂、体型巨大的工业机械臂不同，桌面机械臂在保留传统机械臂特征的同时，又衍生出了许多自己的优点。<\/p>

未来，桌面机械臂一定会成为人类的得力助手与可靠朋友。今天，我们就先来了解一下这位挚友都有哪些特点：<\/p>

轻型结构，小型体积<\/p>

比起工业机械臂几十千克甚至几百千克的质量，大部分桌面机械臂质量仅在2kg以内，成年人完全可以将其单手搬运。<\/p>

除了要注重安全和控制成本，桌面机械臂的开发还需要保证适当的精度和速度，实现各种用于机器人教学的操作功能，如写字绘画、抓取搬运等。<\/p>

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艺术家Joanne Hastie利用机械臂编程绘画系列插画<\/p>

控制系统硬件简单<\/p>

工业机械臂控制系统如今已经发展成为了一门专业。<\/p>

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工业机械臂控制器图片来源：https:\/\/www.kuka.com\/<\/p>

上图所示为 KUKA 的一款工业机械臂控制器，其采用IP54级防护，多内核X86架构，可同时支持9个轴的操作。其特点是硬件性能极高，软件运行可靠稳定，且操作维护方便。<\/p>

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桌面机械臂控制板图片来源：https:\/\/www.arduino.cc\/<\/p>

市场上另一种常见的桌面机械臂控制器是 Arduino Mega2560 控制器。Arduino采用C语言编程，是一款便捷灵活、上手简单的开源电子平台。其优势在于大幅降低了学习使用控制器的门槛，使开发人员能够把研究的重点放在算法上，而不是受困于如何设计和操作控制器。目前市场上的一些3D开源打印机和雕刻机的运动控制器也都采用了Arduino。<\/p>

微型电动机驱动<\/p>

机械臂运动关节由步进电动机驱动。由于桌面机械臂体积较小， 故多采用尺寸为42mm及以下的步进电动机，其工作电流在2A以下，驱动芯片常为A4988、LV8729 和 DRV8825 等微型驱动芯片。<\/p>

开源运动控制系统<\/p>

桌面机械臂多采用开源运动控制系统，如 Grbl 运动控制系统和 Marlin 运动控制系统。<\/p>

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Grbl 是能够运行在低成本 Arduino 平台上的开源三轴运动控制系统，内置G代码解析器，前瞻算法规划器，可以用来控制激光雕刻机、小型金属铣床、写字机和绘图仪等三轴数控设备。<\/p>

2009年，早期的 Grbl 开源运动控制系统固件代码由挪威工程师Simen发布于开源社区。之后，Grbl 开源项目由美国科罗拉多大学Sungeun K. Jeon博士接手进行维护与更新。<\/p>

在国外，Grbl 影响了许多开源项目，很多开源运动控制系统的核心代码层都使用了 Grbl 的算法和源代码。在国内，几乎所有在售的写字机、绘图仪、小型雕刻机、激光雕刻机，其核心源代码与核心算法也都使用了原版或者修改后的Grbl 。<\/p>

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2011年美国工程师ErikZalm在参考了Grbl等开源系统之后，研发出一款针对3D打印机的运动控制系统——Marlin（金枪鱼）。该运动控制系统支持多种开源硬件平台，对3D打印机的发展起到了重要推动作用。<\/p>

3D打印机比雕刻机或写字机多了挤出头部分的电动机，因此Marlin实际是一套开源的四轴运动控制系统。国内的许多3D打印机都使用了Marlin运动控制系统，即使是较昂贵的国产3D打印机，大部分也只是升级了硬件平台和彩色UI界面，其核心仍然是Marlin固件程序。<\/p>

数控系统与机械臂控制系统天生是一对“孪生兄弟”，这也是为什么，Grbl或者Marlin这样的开源运动控制系统能够被修改并用于桌面型机械臂的控制。<\/p>

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DARM桌面机械臂图片来源：http:\/\/www.51hei.com\/bbs\/dpj-170455-1.html<\/p>

国产桌面机械臂 UARM swift ，公开了两个版本控制器固件源代码。其中第一个版本的固件基于Marlin所开发，而第二个版本的固件则基于Grbl所开发。<\/p>

场景丰富，价格合理<\/p>

桌面级机械臂不仅可以满足机器人爱好者进行探索实验的愿望，融入到家庭日常生活场景里，还可以在机器人教学研究中大显身手，例如配合机器人学进行控制实验，或实现写字、绘画、微激光雕刻、机器视觉、搬运等实验操作。<\/p>

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桌面机械臂教学应用场景学习颜色识别技术，让WLKATA Mirobot机械臂实现水果分类图片来源：http:\/\/www.wlkata.com<\/p>

另外，由于采用了低成本的硬件设备和步进电动机驱动关节，桌面机械臂的成本较低，价格也更接近个人消费者的经济承受范围。<\/p>

目前看来，桌面机械臂的这些特点，已经使它在创客和STEM教育中崭露头角。桌面机械臂或将成为教育、科研、娱乐的新选宠儿。?????<\/p>