前言

　　互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，技術(shù)自由度編程機(jī)器人的進(jìn)步，文化自由度編程機(jī)器人的傳播，自由的表達(dá)，讓每一個(gè)個(gè)體都有了閃光的機(jī)會(huì)。形形色色的極客，各種 DIY，關(guān)注技術(shù)時(shí)尚，展示自己創(chuàng)意，也是新時(shí)代的賞心樂(lè)事。

　　工業(yè)機(jī)器人，高自由度的機(jī)械手臂，明晃晃的高科技啊。擁有一臺(tái)靈活控制的機(jī)械手，應(yīng)該是極客們的幸福事情。

　　現(xiàn)在機(jī)會(huì)來(lái)了，Dobot 團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一款桌面型機(jī)械手，可以擺在書(shū)桌上，小巧玲瓏，控制簡(jiǎn)單靈活。能做什么，就等你開(kāi)發(fā)了。

　　開(kāi)箱

　　不多說(shuō)，拆箱！看看全家福吧。

　　不得不提是包裝格外有創(chuàng)意，讓人想起來(lái)千層餅?？吹缴蠄D那厚厚的一摞泡沫塑料了嗎？看看拆箱時(shí)的情景吧。

　　給未出殼的機(jī)械手來(lái)個(gè)特寫(xiě)吧！機(jī)械手金屬表面的處理很有質(zhì)感。

　　抓手設(shè)計(jì)的很巧妙，抓緊狀態(tài)->電機(jī)旋轉(zhuǎn)->松開(kāi)狀態(tài)->電機(jī)旋轉(zhuǎn)->抓緊狀態(tài)，這期間電機(jī)不需要反向旋轉(zhuǎn)。

　　很用心的設(shè)計(jì)，連接線上用標(biāo)簽扎線，既可以提示，又可以扎線。

　　裝配

　　Dobot 配件有機(jī)械臂主體、電源線、控制器、USB 線、爪子和激光頭等配件，機(jī)械臂由三個(gè)電機(jī)控制。

　　控制器的每個(gè)接線都有標(biāo)簽，其中1號(hào)電機(jī)接 Stepper_R 電機(jī)，2號(hào)電機(jī)接 Stepper_L 電機(jī)，3號(hào)電機(jī)接 Stepper_rot 電機(jī)。

　　Dobot 主體有三個(gè)臂可以運(yùn)動(dòng)，分別為圖2-2中的1、2、3表示。其中1號(hào)臂由1號(hào)電機(jī)控制，2號(hào)臂由2號(hào)電機(jī)控制，3號(hào)臂由3號(hào)電機(jī)控制。

　　為了獲得當(dāng)前機(jī)械臂的姿態(tài)，需要安裝傳感器，1號(hào)臂安裝標(biāo)簽為 rear arm 的傳感器，2號(hào)臂安裝標(biāo)簽為 Forearm 的傳感器（注意：由于2號(hào)臂較窄，需要拆卸2號(hào)臂才可以裝入）

　　控制器有兩個(gè)接口，分別為 USB 接口和電源接口，插入電源和 USB 接口，則帶有氣泵功能的機(jī)械手臂安裝完成。插好 Dobot 機(jī)械手上的電機(jī)、傳感器連接控制器，然后通過(guò) USB 與電腦相連。

　　使用

　　裝配完成，接下來(lái)可以通電操作啦。沒(méi)上電之前，機(jī)械手軟軟的，先讓機(jī)械手?jǐn)[放一個(gè)Pose，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)。控制器立刻接管機(jī)械手的控制權(quán)，機(jī)械手硬了。小伙伴千萬(wàn)要留意，通電后就不要強(qiáng)行轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械手。

　　下面讓我們先在電腦上測(cè)試一下。去Dobot官網(wǎng)下載并安裝驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)是Arduino驅(qū)動(dòng)，Arduino可是非常流行的開(kāi)源硬件，簡(jiǎn)單易上手，用過(guò)的都知道。安裝件dobottools，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)切換控制器為USB控制。

　　運(yùn)行DobotClient軟件，Dobot服務(wù)器會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。點(diǎn)擊右上角的菜單，可以對(duì)Dobot進(jìn)行配置，比如設(shè)置機(jī)械手末端是抓手、激光筆或者氣泵。

　　DobotClient示教功能提供兩種控制模式：?jiǎn)侮P(guān)節(jié)點(diǎn)動(dòng)和坐標(biāo)軸點(diǎn)動(dòng)。單關(guān)節(jié)點(diǎn)動(dòng)模式直接控制機(jī)械手的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，挖掘機(jī)就是這么開(kāi)的。坐標(biāo)軸點(diǎn)動(dòng)模式控制機(jī)械手末端移動(dòng)，由程序計(jì)算關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，這種模式更直觀。接下來(lái)就可以控制機(jī)械手?jǐn)[Pose了。

　　使用再現(xiàn)功能可以重復(fù)你先前的操作，不過(guò)需要你記錄下每一個(gè)關(guān)鍵動(dòng)作。然后點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕就可以回放動(dòng)作了。

　　手機(jī)移動(dòng)端提供了iOS和Android客戶端控制軟件，本次使用iOS端測(cè)試。下載安裝Dobot App，運(yùn)行之前要做好準(zhǔn)備工作。把控制器切換至藍(lán)牙控制，手機(jī)打開(kāi)藍(lán)牙開(kāi)關(guān)，可以運(yùn)行App了。

　　Dobot App同樣提供了兩種控制模式：通過(guò)J1、J2、J3控制關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，或通過(guò)直接滑動(dòng)機(jī)械手臂進(jìn)行控制。

　　通過(guò)設(shè)置再現(xiàn)點(diǎn)，可以重復(fù)執(zhí)行先前動(dòng)作。

　　準(zhǔn)備工作完成，先用氣泵抓物體試試。抓硬幣自然不再話下，拿游標(biāo)卡尺來(lái)，沒(méi)問(wèn)題。找個(gè)茶葉盒，裝上重物，再試試，重量291.8克。能力很強(qiáng)啊，繼續(xù)測(cè)試，3.5寸硬盤(pán)有596克，真的抓不起來(lái)了。

　　卸下氣泵，換上抓手。看看效果, 今年是猴年，讓我們看個(gè)抓猴子的視頻吧。

　　結(jié)構(gòu)與控制

　　機(jī)械手結(jié)構(gòu)

　　Dobot機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙。通過(guò)大臂小臂上的連桿機(jī)構(gòu)可以保證不論大臂小臂的角度如何變化，末端吸盤(pán)始終垂直于水平面。

　　機(jī)械結(jié)構(gòu)

　　機(jī)械手控制模型

　　對(duì)Dobot機(jī)械手的控制就是控制大臂、小臂和底盤(pán)的角度，轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)系，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)吸盤(pán)的定位。AO 、CD永遠(yuǎn)垂直于水平面。XYZ坐標(biāo)系原點(diǎn)位于機(jī)械手固定底盤(pán)。

　　機(jī)械臂簡(jiǎn)圖

　　看起來(lái)這個(gè)機(jī)械手的控制還是非常簡(jiǎn)單的嗎，只要有中學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)就可以理解了。

　　編程控制

　　API接口

　　簡(jiǎn)單程序流程

　　控制Dobot機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單流程。

　　1）調(diào)用ConnectDobot連接機(jī)械手

　　2）創(chuàng)建一個(gè)線程以固定間隔調(diào)用PeriodicTask函數(shù)

　　3）設(shè)置大小臂的初始位置、超時(shí)時(shí)間、末端類(lèi)型、示教/再現(xiàn)的靜/動(dòng)態(tài)參數(shù)。

　　4）指令機(jī)械手移動(dòng)到指定坐標(biāo)(x,y,z)

　　5）獲取機(jī)械手姿態(tài)，檢測(cè)是否移動(dòng)到(x,y,z)，未到達(dá)目標(biāo)位置則跳轉(zhuǎn)4

　　6）讀取下一個(gè)機(jī)械手要到達(dá)的坐標(biāo)(x,y,z)，跳轉(zhuǎn)4

　　簡(jiǎn)單的編程測(cè)試

　　Dobot API動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)采用C++編碼，支持C、C++、C#、java等語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)，需要使用DobotDll.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)、DobotDll.h接口聲明文件、DobotType.h數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義文件，這些文件可以通過(guò)Dobot官網(wǎng)下載。

　　生成lib文件

　　在控制Dobot時(shí)還需要使用Dobot靜態(tài)庫(kù)，由于沒(méi)有提到靜態(tài)庫(kù)，則需要通過(guò)DobotDll.h動(dòng)態(tài)庫(kù)生產(chǎn)靜態(tài)庫(kù)，需要以下幾步：

　　1）使用VS自帶工具DUMPBIN將DLL中的導(dǎo)出函數(shù)表導(dǎo)出到（.DEF）文件。

　　DEF轉(zhuǎn)化

　　2）將導(dǎo)出的（.DEF）文件整理為符合（.DEF）個(gè)數(shù)的函數(shù)導(dǎo)出文件。

　　DEF修改

　　3）使用VS自帶的LIB工具將（.DEF）文件輸出為VS格式的LIB文件。

　　LIB生成

　　編寫(xiě)代碼

　　使用VS 建立VC++控制臺(tái)工程，編寫(xiě)C++代碼。代碼有點(diǎn)長(zhǎng)，貼在這里有湊字?jǐn)?shù)的嫌疑。哈哈，只貼個(gè)輪廓了，有需要代碼的小伙伴請(qǐng)留言。

　　程序測(cè)試

　　我們編寫(xiě)的程序能夠控制機(jī)械手按照輸入的坐標(biāo)連續(xù)運(yùn)動(dòng)。接下來(lái)讓我們測(cè)試一下書(shū)法筆畫(huà)圖。書(shū)法筆筆頭較軟，即使Z軸方向有誤差，也能順利寫(xiě)字畫(huà)圖。卸下吸盤(pán)，拆開(kāi)包裝，裝上書(shū)法筆。

　　編程控制書(shū)法筆

　　開(kāi)機(jī)測(cè)試

　　重復(fù)定位精度

　　作為一款機(jī)械手，一個(gè)非常重要的指標(biāo)就是末端位置重復(fù)定位精度（重復(fù)定位精度）。當(dāng)機(jī)械手重復(fù)同一動(dòng)作時(shí)，末端位置的偏差與這一指標(biāo)有密切關(guān)系。Dobot給出的是0.2毫米。也就是說(shuō)控制機(jī)械手反復(fù)執(zhí)行同一個(gè)動(dòng)作，位置偏差不超過(guò)0.2毫米。

　　讓我們看看重復(fù)性真的如此好嗎？把機(jī)械手末端裝上水筆，編程控制末端的坐標(biāo)，反復(fù)畫(huà)直線，畫(huà)線過(guò)程是“中à右à中à左à中”，重復(fù)3次。

　　使用游標(biāo)卡尺測(cè)量測(cè)量一下圖中藍(lán)色標(biāo)記的位置寬度。

　　直線測(cè)量位置示意圖

　　左中、右中位置是筆不斷往返的點(diǎn)，筆不會(huì)停頓，因此是測(cè)量重復(fù)精度的最好位置自由度編程機(jī)器人；（而中點(diǎn)是起點(diǎn)也是定位點(diǎn)，左、右點(diǎn)是停頓折返點(diǎn)，不適合）。考慮到水筆頭部直徑3mm以及墨水?dāng)U散的因素，可以推斷重復(fù)精度小于0.4mm。

　　哈哈，這個(gè)精度足夠極客們?cè)趯?shí)驗(yàn)室High了。

筆頭直徑

0.3mm

線長(zhǎng)

42.20mm

線寬（中）

2.08mm

線寬（左端）

0.71mm

線寬（右端）

0.70 mm

線寬（左中）

0.40mm

線寬（右中）

0.44mm

　　伸展范圍

　　讓我們?cè)贉y(cè)量一下機(jī)械手觸及范圍。以底座前緣為起點(diǎn)，測(cè)量機(jī)械手末端吸盤(pán)能觸及最遠(yuǎn)與最近距離。

　　伸展范圍測(cè)量示意圖

　　當(dāng)觸及水平面時(shí)，吸盤(pán)能控制的最遠(yuǎn)距離278毫米，最近距離31.8mm。

　　機(jī)械手控制范圍測(cè)試(動(dòng)畫(huà) 最遠(yuǎn)距離)

　　最近距離測(cè)試1(吸盤(pán))

　　最近距離測(cè)試2（吸盤(pán)）

　　若允許吸盤(pán)高于水平面（高23.5mm)，則距底座前緣最近距離為40.1mm。

　　最近距離測(cè)試3(吸盤(pán))

　　最近距離測(cè)試4(吸盤(pán))

　　改裝可行性

　　極客總是不甘于墨守成規(guī)的，改造才是最有樂(lè)趣的事情。接下來(lái)讓我們看看Dobot機(jī)械手的可改造性。

　　機(jī)械改裝

　　Dobot機(jī)械手機(jī)械部分最方便改裝的部分是末端。Dobot隨箱送來(lái)許多末端配件，讓我們先瀏覽下。配件主要包括抓手、激光筆、觸摸筆、可轉(zhuǎn)動(dòng)的吸盤(pán)。當(dāng)然也可以裝配其它的東西，比如掛個(gè)布娃娃，帶個(gè)面具之類(lèi)的。

　　機(jī)械手末端（空）

　　末端用零配件

　　電氣改裝

　　Dobot控制器內(nèi)部也有改造的余地。氣泵、繼電器都是可拆卸的。主控板上激光筆接口、抓手接口、控制吸盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)接口、吸盤(pán)用氣泵接口都可以改插其它模塊，只要能搞清楚接口引腳定義、電氣特性等。

　　電氣改造配圖

　　編程接口

　　Dobot官網(wǎng)提供的開(kāi)發(fā)文檔包含DobotAPI文檔、通訊協(xié)議、DobotDemo、DobotTools源碼。

　　開(kāi)發(fā)文檔內(nèi)容圖

　　編程接口Dobot API包括DobotAPI.DLL動(dòng)態(tài)連接庫(kù)及C/C++頭文件。

　　l 提供Java、Python、WPF、JS等示例代碼

　　l 支持Windows操作系統(tǒng)

　　l 支持C、C++、C#、Python、Java、JS等語(yǔ)言開(kāi)發(fā)

　　會(huì)C、C++、C#、Python、Java、JS等其中任何一門(mén)語(yǔ)言的小朋友，都可以編寫(xiě)代碼隨心所欲的控制機(jī)械手了。

　　二次開(kāi)發(fā)難度

　　作為極客，自己打造的程序才有成就感。那么編程控制機(jī)械手，上手程度有多難？我花了半天時(shí)間，包括閱讀文檔、編程、調(diào)試等，能順利控制機(jī)械手畫(huà)矩形了。

　　《插入視頻：水筆畫(huà)矩形.mp4》

　　程序使用C語(yǔ)言編寫(xiě)，共137行代碼。編程中用到了多線程，這個(gè)稍有難度。難度中等偏下，有一定編程經(jīng)驗(yàn)且能獨(dú)立編寫(xiě)100行以上程序的同學(xué)，努力一下都可以做到的。

　　如果熟悉串口通信編程，還可以繞過(guò)DobotAPI，參考Dobot通信協(xié)議文檔，直接編程操作串口，自由度更高，但難度有些偏高。Github網(wǎng)站有Dobot的開(kāi)源代碼，有興趣的小伙伴可以到Github閱讀(https://github.com/maxosprojects/open-dobot)。

　　腦洞大開(kāi)（有了機(jī)械手可以做什么?）

　　裝上激光器，結(jié)合人臉識(shí)別技術(shù)，控制機(jī)械手自動(dòng)瞄準(zhǔn)目標(biāo)，配上聲音“舉起手來(lái)”，可以拍電影了。

　　或者找個(gè)四輪移動(dòng)平臺(tái)，裝上機(jī)械手，是吊車(chē)還是挖掘機(jī)還是什么東東，就看你的改裝水平了。

　　四輪移動(dòng)機(jī)械手

　　給機(jī)械手裝上抓手，控制機(jī)械手甩動(dòng)手臂，拋球，可以投籃了。給機(jī)械手帶個(gè)面具，然后配上攝像頭，裝上音箱，給小朋友講故事?；蛘邇蓚€(gè)機(jī)械手玩擊劍，就看腦洞開(kāi)的有多大了。

　　體驗(yàn)總結(jié)

　　Dobot這款桌面型機(jī)械手，的確是為桌面設(shè)計(jì)，體積小，不占空間。執(zhí)行動(dòng)作時(shí)非常安靜，步進(jìn)電機(jī)噪聲小自由度編程機(jī)器人；唯獨(dú)氣泵電機(jī)的聲音稍大，室內(nèi)環(huán)境完全可以接受。Dobot機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制參數(shù)少，容易上手。

　　控制器的硬件接口也十分便捷，可以根據(jù)需要，增加相應(yīng)的物理器材。外圍連接方便。可以通過(guò)電腦使用USB進(jìn)行控制，也可以通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線控制。不論是Android還是IOS都有可用App。

　　Dobot提供了電腦及手機(jī)上的控制軟件。特別值得一提的是，手機(jī)App操作最方便。GitHub上有Dobot開(kāi)源代碼，適合有意深入研究的同學(xué)。

　　Dobot API支持多種語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，包括C、C++、C#、JAVA、Python。API接口函數(shù)少，學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單，二次開(kāi)發(fā)難度小。

　　總的來(lái)說(shuō)，連接方便、協(xié)議公開(kāi)、快速開(kāi)發(fā)、重復(fù)精度高，適用極客。

　　最后提兩點(diǎn)建議

　　（1）控制器和機(jī)械手之間的連線有些凌亂，希望更清爽些了；

　　（2）加強(qiáng)文檔。我在編程時(shí)走了很多彎路，如果文檔清晰，并適度講解控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，會(huì)更有利于二次開(kāi)發(fā)。

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　　是不是很好很強(qiáng)大~想要看看這個(gè)機(jī)械臂的是怎么工作的嗎？

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　　公眾號(hào)回復(fù)：機(jī)械臂

　　比人手還靈活~