这是 机器人大家说'第11期' 分享会干货整理
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说到机械臂，大家最容易想到的无外乎ABB、KUKA等国外老牌企业生产研发的大型工业机械臂，它们一般外形粗苯、充满力量，但是随之而来的还有价格高、不接地气等劣势，从而不利于到达消费级。
在这种情况的驱使下，一种轻型的机械臂——桌面机械臂，被国内外的机器人团队作为创业目标和工具，已经在机器人产业形成后起之势。这种桌面型机械臂，到底可以为我们的生活带来怎样的便利呢？不妨想象一下这种情景：
“早晨起来，你坐在餐桌前，倒麦片、牛奶至杯中、并用勺子规律地勺好喂进你的嘴里的全部动作将能完全由这款机械臂完成，而你只需要一边刷着朋友圈，一边接受机械臂的服务就好。”
与之扩及的还有，帮你洗菜、切菜、复印文件、教小孩书法......，它将进一步贴身解放人类的双手。当然，按照桌面级机械臂现有的发展现状来看，灵敏熟练地实现上述情景还有些挑战。但随着桌面型机械臂慢慢揭开面纱，全方位进入消费者生活，实现这些情景将指日可待。
而uArm作为全球首款在真正意义上开源并实现消费级的桌面级机械臂，在轻型机械臂领域一定增添了浓墨重彩的一笔。这家团队--UFACTORY机器人，机器人创新生态对其早有报道。而这次，我们邀请到了其联合创始人之一——乐恒，想给大家讲讲桌面级机械臂的那些事儿。
以下是当晚乐恒老师分享实录↓
桌面机械臂这个概念，应该也是最近这几年真正提出来，它算是比较新的一个分类和领域。而桌面机械臂是从20世纪五六十年代慢慢开始发展而来。
一、桌面机械臂的起源
1.世界上第一款工业机械臂：UNIMATE
这张照片上显示的就是世界上第一款工业机械臂，它是由一个美国科学家George Devol研发出来的，名字叫Unimate。这张图片拍摄于20世纪60年代，这个机械臂首次被通用汽车公司使用在产线上，去完成分检这样一个非常简单的工作。
如大家可以看到的是，Unimate机械臂跟我们现在所常见的这些串联性的机械臂，其脑袋还是有一定的区别。如果去查这段历史，大家就能知道这款机械臂最早出来的时候它完全是由液压驱动的，所以这张照片里有两个很大的类似于气缸的部件在里面，它们能负责机械臂各个方向、各个关节的活动，所以这款机器人非常庞大。如果将一个正常成年人做为参照物，Unimate可以比人还要再大好几圈，它是一台非常笨重的机器，体重约为几百上千斤。
2.世界上第一款六轴工业机械臂——FAMULUS
大家看到的第二款机械臂就是世界上第一款六轴工业机械臂，它是由一家非常著名的机器人公司，也是四大家族当中的KUKA研发生产出来的，叫FAMULUS。这款机械臂虽然现在看来，照片上的它显得非常简陋、简单，但在当时已经是一个非常大的突破，因为它是首次在六自由度做的机械臂上使用了机电设备，也就是我们现在常用的一个机械臂的结构。
图一显示的Unimate机械臂，采用的是液压驱动，它做整体的结构，非常地复杂和笨重，而且它还只有四个自由度。所以当KUKA这款机械臂出现的时候，它就真正颠覆之前整个机械臂的概念，其算是工业机械臂的雏形。
KUKA这款机械臂FAMULUS使用的机电设备，就是我们通常说的电机加减速器的方式，它对机械臂第一次做了定义，而这个定义也对之后机械臂在很长时间的发展产生了很大的影响。
3.第一款被学术界广泛采用的机械臂——PUMA
因为之前介绍的两款机械臂都是从工业切入，这与机械臂早期完全服务于工业密切相关。所以当PUMA这款机械臂推出的时候，它就开始把机械臂的适用领域慢慢地扩展开来了。
PUMA是第一款被学术界广泛采用的机械臂，甚至有很多早期的机器人教材都是基于这款机械臂去编辑的，原因是它是第一次把机械臂做到了一个非常轻便的状态。PUMA整个手臂重约十几公斤，这对于科研院校来说不是一个很大型的设备，可以较为轻易的去完成搬运等动作，并且也不会产生过大的空间占用，方便学生和老师进行机械臂的各类研究。
需要补充一点的是，这款机械臂与前面提及的UNIMATE机械臂，隶属于同一家公司，PUMA是这家公司开发的第二款正式产品。这款机械臂在当时取得了非常大的成功，甚至很多学校的实验室里都能找到这款机械臂，同时在一些学术论文中，也能经常看到这款机械臂的身影。
PUMA机械臂，整体重量重约十几公斤，在当时已经算非常轻便的机械臂了。它的整体负载大概在2-3kg，整个臂展约400-500mm，并且还有很多种不同的型号。因为非常知名，所以它推出了很多种型号，算是桌面机械臂的始主吧，在我个人看来。
PUMA机械臂大约在20世纪70年代被推出，随着学术界越来越多的学生和老师对机械臂展开研究，80年代伊始，工业机械臂开始进入迅猛发展的阶段。
也是从80年代开始，机械臂开始分为三大类：
第一类是工业机械臂。
第二类是学术机械臂，类似于PUMA这种，在学术界非常知名。
第三款是小型的桌面机械臂，对人造成不了任何伤害。
我刚刚介绍的这三款机械臂，在整个机械臂领域的发展史中意义非凡，当然在这个过程中，有其他各种各样类型的机械臂在不断出现，但这几款应属最为经典。
二、桌面机械臂的特点
1.特点一：体积——小臂展 轻量化
首先，正如大家能看到的，桌面机械臂与其他工业机械臂最大的区别就在于体积。大家可以从上图看到我们刚刚提到的那款在学术界风靡已久的PUMA机械臂，它在最早期的一个260型号的参数。
通过这种方式，这些设计机械臂的公司能同时把成本控制得非常好，然后使它能够被更多的学校所采纳和接受。
大家可以仔细看一下它的几个关键参数，首先是它的手臂整个重量，大概在13.2KG左右，然后它的最大臂展大概在400毫米，还有其它的一些数据大家可以自己看一下，这两个数据可以体现出一个非常重要的一点，就是桌面机械臂的特点，就是体积。因为在一个400-500毫米的范围内，它差不多能覆盖到我们日常使用的一个桌面，对我们的日常工作又不会造成一个太大的妨碍的体积。同时它的整个重量控制的非常好，因为得益于小臂展、轻量化的特点，所以它整个重量可以做到13KG。
PUMA这款机械臂，之所以能在学术界这么风靡，其中有一个重要原因就是因为它的整体设计非常地紧凑、轻量化，这也是大伙儿喜欢使用它的一个原因，因为能和它很好的协同工作。
还是以用数据来跟大家说明这个机械臂的情况，我特意在网上找了一张图片，这张图片能更好更直观的反映出桌面机械臂的大小。
这个机械臂也非常地有名，是当时一个国外公司做的。现在这家国外公司，主要做教育类的一些设备，所以这款机械臂是他们设计的一款比较类似于教学产品的机械手臂，然而这个公司现在已经被德国的Fastal收购了。
2.特点二：价格便宜
桌面机械臂的第二个特点就是价格便宜。因为相对于工业机械臂来说，一般工业机械臂都会要求非常极致的性能，而非常极致的性能也会带来高不可攀的售价，这对于普通人来说是一个非常巨大的门槛，也阻碍了很多人对机械臂进行更深入的了解，所以应运而生的就是一些教育类的机械臂，大家在上图能看到的几张图都是早期的一些机械臂的教学设备。
而这些机械臂都有一个非常共通的特点，就是它们的结构都大同小异。从外观看，它们大多都使用钣金折弯的这种方式去加工，这种方式是一个非常具有性价比的加工方式，然后对于机械臂的传送，它的每个关节几乎都是用铜丝带或是用拉线的方式去传送的。相比于工业机械臂所用的斜坡减速器、平行减速器这一类而言，这些类型的机械臂价格会低廉得多。
3.特点三：体验
桌面机械臂的第三个特点是体验。从上图的三张照片中可以看到，一款机械臂，如果它走的是桌面机械臂、教学型机械臂的话，它会有非常多的配件在里面，而这所有的配件都是通过特殊设计的，它非常小巧，同时也非常易用。而上图右下角的图片里显示的是一个完整的机械臂包裹，同时在软件端，也会提供软件仿真这一类的东西。甚至现在还会有人做二次开发，把以前很早期的机械臂，与Arduino这样的开源平台做相互配合。
因为桌面机械臂整体的目的是教学、学习，所以很多教学机械臂都会把工业机械臂的软件做大幅的使用简化，来确保所有的新手在接触机械臂的时候不会产生巨大的困难，从而能更容易上手。
三、桌面机械臂的现状
桌面机械臂其实在早期，他们主要的主力军就是桌面、教育型的机械臂。上面这张PPT的这句话出自维基百科，它主要的内容就是讲在2010年左右，这些低廉成本的机械手臂、小型机械手臂在非常快速地增长，甚至已经开始代替传统的一些教育类机械臂。因为它们具有更低的成本，所以很有可能将成为教学用具以及一些实验室里的替代品。
1.基于开源平台设计
随着越来越多开源平台的出现，我们在设计机械臂的时候，包括我们uArm在设计机械臂时也会考虑这个现状，会尽量与Arduino、ROS机器人控制系统做兼容。因为它们本身就提供了一个非常好的软硬件体验，让开发者在设计机械臂时也能简化设计难度，同时也能让大家在学习知识的同时能更加融会贯通，因为通过这些开源平台能打通不同软件之间的壁垒。
2.售价进一步下探
接下来我会对现在市面上所有的桌面型机械臂进行一个分类，把它们按照性能以及售价做一个阶梯式的表格，供大家去做参考。
上图的前四款桌面机械臂，它们的售价都在一千美金以内，这是一个非常低廉的售价。而我们UFACTORY的两款产品也都在里面，同时这四款产品也都参与了众筹。
再往上在一千美金以上的机械臂，国外也有一些公司有做了不同类型的。那些更偏向于实用级机械臂，还有一些存在于概念中，还有一些刚刚完成众筹，但大部分还没有完成发货。最后的准工业级就是现在工业领域比较新兴的机械臂，比如我们提到的Franka，uArm等等，这几款机械臂都具有着非常高的性能，同时售价也更上了一个层次。
据我了解这张表中前八位的机械臂都是在2010年以后出现的，所以可以说2010年的确是桌面机械臂，或者说廉价机械臂的爆发年。从2010年往后，越来越多的低廉机械臂才进到市场，开始通过众筹、销售等方式进入到各种不同的领域。
同时它们的价格也在进一步的往下降，我相信在未来肯定会有更多更廉价、性价比更高的机械臂出现，
四、桌面机械臂的未来与挑战
1.高性能化
对于桌面机械臂的未来，第一个肯定是高性能化。高性能化一定要得益于不同电子技术的发展，以及机械零件的发展。像大家能从PPT上看到的，Raspberry pi现在的性能已经非常好了，甚至已经能跑通WIN10，而且售价非常低，它在美国的售价大概在五美金。还有Intel这些大牛公司推出的基于Arduino的开源平台供大家去做各种开源的研发设计。
不仅仅是电子技术会突飞猛进，同时在机械结构，以及最关键的机器人关节方面，也会出现更多新的设计。上图PPT当中左下角的这款图片，就是一个韩国的公司叫DYNAMIXEL，他们所设计的一个机器人专用关节，它被冠以了PRO的这样一个名字，也证明了他们所设计的这款机器人关节非常非常的优秀，性能非常非常的Powerful。
上图右侧的这张图片，就是我们uArm在这次众筹中所设计的两款电机，一款针对于普通低价版的机械臂所做的设计，另外一款是针对高性能机械臂做的设计。
而在接下来的时间里，还会有越来越多的公司推出越来越高性能的机器人关节，而这些关节，将会具有非常好的性能和非常具有吸引力的售价，而且会把机器人的整体的成本降得越来越低，而且会把机器人的性能做的越来越好。
2.智能化
当机器人拥有自主识别功能之后，就可以考虑让机械臂加入自主规划的功能。这种情况下当一个机械臂真正走入人的家庭的时候，它就能拥有自动避障的能力，甚至能帮助你去完成心目中所想的事情，而不需要遥控、语音这样的方式去操纵它。它能自主识别你对它的一些认识和理解，甚至能猜测人类到底希望它们做什么。
3.云端大数据
第三个挑战就是云端大数据。为什么要有云端大数据呢？因为每个人对机械臂都有不同的定义，和不同的使用方式。如果大家相互之间能形成一种信息共享、应用共享的话，这个机械臂就会变得越来越有用。当机械臂拥有了智能化的一些特性后，它的应用领域就会变得越来越多样化。
所以我依据目前的开发者和客户，列出了四大分布比较广泛的领域，分别是艺术、工业、服务以及教育。
在工业端它更像是一个产业上的工人，它会一丝不苟的完成上级交给它的任务。
对于艺术家来说他们永远都希望找到一些工具能帮助他们去进行创作，而机械臂本身由于它的通用特性，会给艺术家带来更多的无限可能。上图中所展示的就是一家日本公司，他们拿我们的机械臂做了一个灯展，然后他用机械臂来控制不同的灯管从而给它发出不同的颜色，然后跟随人的一些手势会做出各种各样的变换。
这里截的一个图是机械臂在做咖啡，其实它可以做成一个非常好的服务员，它可以替代现在很多餐饮店中的人工，把服务这个事情做的更到位，也服务得更仔细。
最后一个就是教育。随着之前我们提到的电子技术的发展，有各种各样的开源平台，而机械臂就是一个很好的执行部件，它和Raspberry pi这一类的电子平台做配合，可以形成一个非常好的教学工具，从而给学生们提供全方位的教学体验，如编程、设计动作等等，然后和学生互动，这些都可以通过程序来实现。
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