软硬件交互
如何制作与智能机械臂联动的原型
一起来了解如何制作与智能机械臂进行联动的原型，该机械臂由一个无线控制器进行控制。
Tony Kim, CEO & Co-Founder
November 3, 2023
在机器人领域，先进的原型设计被誉为创新的心脏，原型设计为工程师、设计师和发明家提供了一个动态的平台，并将他们无形的创意具象化为有形的现实。
在现实世界中我们不断面临着各种各样的挑战，并不断创造解决方案以应对这些挑战，这使得机器人在医疗保健、制造、运输、物流等多个领域都有应用，而原型设计就成为了创造解决方案的过程之中至关重要的一步。原型设计不仅仅推动着产品的完善和改进，还在潜在风险评估与管理中发挥着重要作用。
在本文中，我们将探索 ProtoPie 在机器人原型设计中的实际应用。为了讲解 ProtoPie 的这一能力，我们将制作一个原型，并用这一原型来控制医疗科技行业中常见的外科智能机械臂。我会分步指导大家完成这一原型制作的全过程，并使用一个无线控制器来控制基于 Arduino 的智能机械臂。这一极具创新特色的原型设计全过程均是通过 ProtoPie 来实现的！
智能机械臂原型设计
内容概览
- 准备一台智能机械臂
- 让机械臂移动
- 连接无线控制器
- 将无线控制器桥接到 Arduino
- 将摄像头推流整合到 UI 上
- 大功告成！外科智能机械臂原型制作完成
- 为机器人及医疗科技重塑未来
1. 准备一台智能机械臂
我们曾收到许多来自机器人和医疗科技公司对于 ProtoPie 在机器人原型设计方面的能力的问询，由此我们决定对这一领域的典型用例进行一次原型设计上的演示。
为了进行这一演示，我们购买了一个 Arduino Braccio 智能机械臂 以及一个无线游戏手柄（这一手柄将作为控制器使用），以便用这两个东西来组成一套外科智能机械臂的原型。为了让这个智能机械臂显现出医疗器械感的外观，我们把它涂装为白色。
涂装前的智能机械臂
首先，我们给它涂装上一层灰色来打底。
涂装灰色作为底色之后的智能机械臂
智能机械臂的若干零部件
最后，我们把整个智能机械臂涂装成白色。按照随附的说明书，智能机械臂的整个手臂部件可以很容易地组装起来。
白色智能机械臂原型
由于外科机器人一般都装有一个用来监测患者及周围环境的摄像头，于是我们也在智能机械臂夹爪的末端安装了一个 USB 摄像头模块。在网上很容易就可以买到这类 USB 摄像头 模块。
USB 摄像头
我们所购买的智能机械臂套件中并不包含 Arduino 开发板，所以我们还得自己准备开发板。我们用了一块 Arduino UNO R3 作为相应的开发板并将其与一块扩展板集成组装起来，从而最终完成了这样一套医疗器械原型中硬件部分的准备工作。
2. 让机械臂移动
这段 Arduino 示例代码 可以实现当 ProtoPie Connect 接收到消息时控制机械臂运动，只需要复制这段示例代码并将其上传到你的Arduino板即可。
如果需要了解更多相关信息，可以参阅以下资源：
如下图所示，这个智能机械臂总共有6个伺服电机，通过 ProtoPie Connect 发送消息可以实现对其中的任何一个进行独立控制。
智能机械臂的信号值可以从下表中得到。
智能机械臂的伺服电机分布
智能机械臂的信号值表
然后，将 Arduino 开发板通过 USB 数据线连接到笔记本电脑上并运行 ProtoPie Connect。点击插件 → Arduino → Port → 选择 USB 端口。
接下来，点击 Arduino 插件设置中的 Run 以完成启动。
连接到 Arduino
发送一些消息来测试智能机械臂是否运转良好。譬如，可以发送消息名为 base、值为 45 的消息来测试基座是否旋转到45度的位置。
消息控制测试
消息控制测试
也可以通过发送 reset 来将所有伺服电机重置回原始位置。
3. 连接无线控制器
下面我们要把无线控制器通过蓝牙连接到笔记本电脑上。
在这个过程中需要运行游戏手柄插件来接收从游戏手柄发出的信号。想要了解更多相关信息可以参阅这篇文章：游戏手柄插件 。
连接了无线控制器并运行了游戏手柄插件后，ProtoPie Connect 就可以接收到游戏手柄发出的信号。下表展示了来自游戏手柄控制器的信号值。
游戏手柄上的各按键名称
游戏手柄控制器所能发出的信号值表
4. 将无线控制器桥接到 Arduino
ProtoPie Connect 为无线控制器和智能机械臂之间提供了连接
作为无线控制器使用的游戏手柄
现在我们已经连上了作为无线控制器使用的游戏手柄，ProtoPie Connect 从游戏手柄上接收控制信号，然后将这些信号广播发送到 Arduino 上。
我们还用 ProtoPie 制作了一个供数字用户使用的界面原型。通过这个原型，用户可以从界面上控制智能机械臂，同时这个原型还提供了游戏手柄和 Arduino 之间进行信号交换时的信号转译功能。可以访问下方链接并下载该 Pie 文件以便更详细地进行了解和查看。
Pie 文件
5. 将摄像头推流整合到 UI 上
这一复杂工程的最后一部分是将一个实时摄像头捕获到的视频以推流的形式整合到 UI 上。要实现这一步，就需要用到一个节点服务器，以便用摄像头推流来覆盖 Pie 文件的显示。
请下载这个文件 并按照以下视频教程来实现在数字化的 UI 界面中创建摄像头推流的过程。
💡 敬请期待：在最新版 ProtoPie Connect ，我们会提供将自定义交互图层集成到 Pie 文件内的功能。这样的自定义交互图层可以实现对网页实时通信（WebRTC）的集成支持，类似本例中的 USB 摄像头推流等内容届时就可以实现直接接入到原型中。
集成了摄像头推流后，呈现的 UI 效果就会类似下图所示。
呈现了实时摄像头推流的 UI 效果
大功告成！外科智能机械臂原型制作完成
到此，相信你已经成功创建了一个功能齐全的智能机械臂原型！你还会举一反三地制作出哪些机器人 / 智能机械控制设备的原型呢？我们十分乐意去了解你的想法和打算，你可以在各类社交媒体上发布消息时带上 #ProtoPie 话题标签以便让我们知道你的新奇想法！
为机器人及医疗科技重塑未来
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