前言
互聯(lián)網(wǎng)時代，技術(shù)自由度編程機器人的進(jìn)步，文化自由度編程機器人的傳播，自由的表達(dá)，讓每一個個體都有了閃光的機會。形形色色的極客，各種 DIY，關(guān)注技術(shù)時尚，展示自己創(chuàng)意，也是新時代的賞心樂事。
工業(yè)機器人，高自由度的機械手臂，明晃晃的高科技啊。擁有一臺靈活控制的機械手，應(yīng)該是極客們的幸福事情。
現(xiàn)在機會來了，Dobot 團(tuán)隊開發(fā)了一款桌面型機械手，可以擺在書桌上，小巧玲瓏，控制簡單靈活。能做什么，就等你開發(fā)了。
開箱
不多說，拆箱！看看全家福吧。
不得不提是包裝格外有創(chuàng)意，讓人想起來千層餅?？吹缴蠄D那厚厚的一摞泡沫塑料了嗎？看看拆箱時的情景吧。
給未出殼的機械手來個特寫吧！機械手金屬表面的處理很有質(zhì)感。
抓手設(shè)計的很巧妙，抓緊狀態(tài)->電機旋轉(zhuǎn)->松開狀態(tài)->電機旋轉(zhuǎn)->抓緊狀態(tài)，這期間電機不需要反向旋轉(zhuǎn)。
很用心的設(shè)計，連接線上用標(biāo)簽扎線，既可以提示，又可以扎線。
裝配
Dobot 配件有機械臂主體、電源線、控制器、USB 線、爪子和激光頭等配件，機械臂由三個電機控制。
控制器的每個接線都有標(biāo)簽，其中1號電機接 Stepper_R 電機，2號電機接 Stepper_L 電機，3號電機接 Stepper_rot 電機。
Dobot 主體有三個臂可以運動，分別為圖2-2中的1、2、3表示。其中1號臂由1號電機控制，2號臂由2號電機控制，3號臂由3號電機控制。
為了獲得當(dāng)前機械臂的姿態(tài)，需要安裝傳感器，1號臂安裝標(biāo)簽為 rear arm 的傳感器，2號臂安裝標(biāo)簽為 Forearm 的傳感器（注意：由于2號臂較窄，需要拆卸2號臂才可以裝入）
控制器有兩個接口，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械手臂安裝完成。插好 Dobot 機械手上的電機、傳感器連接控制器，然后通過 USB 與電腦相連。
使用
裝配完成，接下來可以通電操作啦。沒上電之前，機械手軟軟的，先讓機械手?jǐn)[放一個Pose，打開電源開關(guān)?？刂破髁⒖探庸軝C械手的控制權(quán)，機械手硬了。小伙伴千萬要留意，通電后就不要強行轉(zhuǎn)動機械手。
下面讓我們先在電腦上測試一下。去Dobot官網(wǎng)下載并安裝驅(qū)動。驅(qū)動是Arduino驅(qū)動，Arduino可是非常流行的開源硬件，簡單易上手，用過的都知道。安裝件dobottools，撥動開關(guān)切換控制器為USB控制。
運行DobotClient軟件，Dobot服務(wù)器會自動運行。點擊右上角的菜單，可以對Dobot進(jìn)行配置，比如設(shè)置機械手末端是抓手、激光筆或者氣泵。
DobotClient示教功能提供兩種控制模式：單關(guān)節(jié)點動和坐標(biāo)軸點動。單關(guān)節(jié)點動模式直接控制機械手的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，挖掘機就是這么開的。坐標(biāo)軸點動模式控制機械手末端移動，由程序計算關(guān)節(jié)運動，這種模式更直觀。接下來就可以控制機械手?jǐn)[Pose了。
使用再現(xiàn)功能可以重復(fù)你先前的操作，不過需要你記錄下每一個關(guān)鍵動作。然后點擊啟動按鈕就可以回放動作了。
手機移動端提供了iOS和Android客戶端控制軟件，本次使用iOS端測試。下載安裝Dobot App，運行之前要做好準(zhǔn)備工作。把控制器切換至藍(lán)牙控制，手機打開藍(lán)牙開關(guān)，可以運行App了。
Dobot App同樣提供了兩種控制模式：通過J1、J2、J3控制關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，或通過直接滑動機械手臂進(jìn)行控制。
通過設(shè)置再現(xiàn)點，可以重復(fù)執(zhí)行先前動作。
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，沒問題。找個茶葉盒，裝上重物，再試試，重量291.8克。能力很強啊，繼續(xù)測試，3.5寸硬盤有596克，真的抓不起來了。
卸下氣泵，換上抓手?？纯葱Ч? 今年是猴年，讓我們看個抓猴子的視頻吧。
結(jié)構(gòu)與控制
機械手結(jié)構(gòu)
Dobot機械手結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計巧妙。通過大臂小臂上的連桿機構(gòu)可以保證不論大臂小臂的角度如何變化，末端吸盤始終垂直于水平面。
機械結(jié)構(gòu)
機械手控制模型
對Dobot機械手的控制就是控制大臂、小臂和底盤的角度，轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)系，以此實現(xiàn)對吸盤的定位。AO 、CD永遠(yuǎn)垂直于水平面。XYZ坐標(biāo)系原點位于機械手固定底盤。
機械臂簡圖
看起來這個機械手的控制還是非常簡單的嗎，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
簡單程序流程
控制Dobot機械臂運動的簡單流程。
1）調(diào)用ConnectDobot連接機械手
2）創(chuàng)建一個線程以固定間隔調(diào)用PeriodicTask函數(shù)
3）設(shè)置大小臂的初始位置、超時時間、末端類型、示教/再現(xiàn)的靜/動態(tài)參數(shù)。
4）指令機械手移動到指定坐標(biāo)(x,y,z)
5）獲取機械手姿態(tài)，檢測是否移動到(x,y,z)，未到達(dá)目標(biāo)位置則跳轉(zhuǎn)4
6）讀取下一個機械手要到達(dá)的坐標(biāo)(x,y,z)，跳轉(zhuǎn)4
簡單的編程測試
Dobot API動態(tài)鏈接庫采用C++編碼，支持C、C++、C#、java等語言的開發(fā)，需要使用DobotDll.dll動態(tài)鏈接庫、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Dobot官網(wǎng)下載。
生成lib文件
在控制Dobot時還需要使用Dobot靜態(tài)庫，由于沒有提到靜態(tài)庫，則需要通過DobotDll.h動態(tài)庫生產(chǎn)靜態(tài)庫，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
編寫代碼
使用VS 建立VC++控制臺工程，編寫C++代碼。代碼有點長，貼在這里有湊字?jǐn)?shù)的嫌疑。哈哈，只貼個輪廓了，有需要代碼的小伙伴請留言。
程序測試
我們編寫的程序能夠控制機械手按照輸入的坐標(biāo)連續(xù)運動。接下來讓我們測試一下書法筆畫圖。書法筆筆頭較軟，即使Z軸方向有誤差，也能順利寫字畫圖。卸下吸盤，拆開包裝，裝上書法筆。
編程控制書法筆
開機測試
重復(fù)定位精度
作為一款機械手，一個非常重要的指標(biāo)就是末端位置重復(fù)定位精度（重復(fù)定位精度）。當(dāng)機械手重復(fù)同一動作時，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。也就是說控制機械手反復(fù)執(zhí)行同一個動作，位置偏差不超過0.2毫米。
讓我們看看重復(fù)性真的如此好嗎？把機械手末端裝上水筆，編程控制末端的坐標(biāo)，反復(fù)畫直線，畫線過程是“中à右à中à左à中”，重復(fù)3次。
使用游標(biāo)卡尺測量測量一下圖中藍(lán)色標(biāo)記的位置寬度。
直線測量位置示意圖
左中、右中位置是筆不斷往返的點，筆不會停頓，因此是測量重復(fù)精度的最好位置自由度編程機器人；（而中點是起點也是定位點，左、右點是停頓折返點，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，這個精度足夠極客們在實驗室High了。
筆頭直徑
0.3mm
線長
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
讓我們再測量一下機械手觸及范圍。以底座前緣為起點，測量機械手末端吸盤能觸及最遠(yuǎn)與最近距離。
伸展范圍測量示意圖
當(dāng)觸及水平面時，吸盤能控制的最遠(yuǎn)距離278毫米，最近距離31.8mm。
機械手控制范圍測試(動畫 最遠(yuǎn)距離)
最近距離測試1(吸盤)
最近距離測試2（吸盤）
若允許吸盤高于水平面（高23.5mm)，則距底座前緣最近距離為40.1mm。
最近距離測試3(吸盤)
最近距離測試4(吸盤)
改裝可行性
極客總是不甘于墨守成規(guī)的，改造才是最有樂趣的事情。接下來讓我們看看Dobot機械手的可改造性。
機械改裝
Dobot機械手機械部分最方便改裝的部分是末端。Dobot隨箱送來許多末端配件，讓我們先瀏覽下。配件主要包括抓手、激光筆、觸摸筆、可轉(zhuǎn)動的吸盤。當(dāng)然也可以裝配其它的東西，比如掛個布娃娃，帶個面具之類的。
機械手末端（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、控制吸盤轉(zhuǎn)動電機接口、吸盤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)提供的開發(fā)文檔包含DobotAPI文檔、通訊協(xié)議、DobotDemo、DobotTools源碼。
開發(fā)文檔內(nèi)容圖
編程接口Dobot API包括DobotAPI.DLL動態(tài)連接庫及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等語言開發(fā)
會C、C++、C#、Python、Java、JS等其中任何一門語言的小朋友，都可以編寫代碼隨心所欲的控制機械手了。
二次開發(fā)難度
作為極客，自己打造的程序才有成就感。那么編程控制機械手，上手程度有多難？我花了半天時間，包括閱讀文檔、編程、調(diào)試等，能順利控制機械手畫矩形了。
《插入視頻：水筆畫矩形.mp4》
程序使用C語言編寫，共137行代碼。編程中用到了多線程，這個稍有難度。難度中等偏下，有一定編程經(jīng)驗且能獨立編寫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（有了機械手可以做什么?）
裝上激光器，結(jié)合人臉識別技術(shù)，控制機械手自動瞄準(zhǔn)目標(biāo)，配上聲音“舉起手來”，可以拍電影了。
或者找個四輪移動平臺，裝上機械手，是吊車還是挖掘機還是什么東東，就看你的改裝水平了。
四輪移動機械手
給機械手裝上抓手，控制機械手甩動手臂，拋球，可以投籃了。給機械手帶個面具，然后配上攝像頭，裝上音箱，給小朋友講故事?；蛘邇蓚€機械手玩擊劍，就看腦洞開的有多大了。
體驗總結(jié)
Dobot這款桌面型機械手，的確是為桌面設(shè)計，體積小，不占空間。執(zhí)行動作時非常安靜，步進(jìn)電機噪聲小自由度編程機器人；唯獨氣泵電機的聲音稍大，室內(nèi)環(huán)境完全可以接受。Dobot機械手結(jié)構(gòu)簡單，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。可以通過電腦使用USB進(jìn)行控制，也可以通過藍(lán)牙無線控制。不論是Android還是IOS都有可用App。
Dobot提供了電腦及手機上的控制軟件。特別值得一提的是，手機App操作最方便。GitHub上有Dobot開源代碼，適合有意深入研究的同學(xué)。
Dobot API支持多種語言開發(fā)，包括C、C++、C#、JAVA、Python。API接口函數(shù)少，學(xué)習(xí)簡單，二次開發(fā)難度小。
總的來說，連接方便、協(xié)議公開、快速開發(fā)、重復(fù)精度高，適用極客。
最后提兩點建議
?。?）控制器和機械手之間的連線有些凌亂，希望更清爽些了；
（2）加強文檔。我在編程時走了很多彎路，如果文檔清晰，并適度講解控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，會更有利于二次開發(fā)。
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是不是很好很強大~想要看看這個機械臂的是怎么工作的嗎？
打開微信搜索并關(guān)注公眾號：極果網(wǎng)
公眾號回復(fù)：機械臂
比人手還靈活~
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