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全球首台,基于5G的远程纹身机问世!光学跟踪结合C++,英国极客耗时6周打造

大数据文摘

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作者|Caleb 来源|大数据文摘(ID:BigDataDigest)

疫情之下,5G的发展让远程工作变得逐渐成熟。

比如说,有人在远程办公,有人在远程理发,还有人在远程…纹身??

是的,你没有看错,现在纹身也能远程了,真是没有做不到只有想不到啊。

根据报道,这个项目是由荷兰纹身艺术家Wes Thomas和伦敦技术专家Noel Drew联合进行的,这台配备有微型针5G动力机械臂的远程纹身机也是世界首台!

最近荷兰女演员Stijn Fransen也是十分热心地参与到了整个项目中,率先体验了一把效果。

可以看到,一边是Stijn和机器臂,一边是Wes和假人手臂。

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经过了短暂的几分钟,Stijn不禁大声尖叫,nice!!

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Drew在接受采访时表示:“建造的每个部分都经过了仔细的考虑,或是直接购买,或是完全从头开始设计、开发和制造的。”

是不是对这个项目充满了好奇,那就赶快来和文摘菌看看吧~

要让机器臂无限接近于画家的手

首先,让我们从这个纹身机器人这个概念的背景开始说起。

最初的创意其实是来自创意机构Anomaly Amsterdam,旨在通过远程纹身来测试T-Mobile的5G技术。

对于项目的主导者之一Drew来说,这应该算不上太难,毕竟此前他就有了与机器人技术共同工作的经验了。不过要将其与纹身相结合,他还是头回听到。

一旦决定了要往这个方向努力,Drew表示,他们就开始仔细考虑如何构建机器人的每个部分,有时需要专门购买一些零件,有些则需要从头开始,在内部进行设计、开发和制造。

理想效果下,这个机器臂在四肢关节方面,最好可以无限接近于画家的手。也正是考虑到这点,他们经过多方比较,最终选择了Universal Robots UR3e作为基础,开发了末端执行器,并在内部安装。

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UR平台非常直观和灵活,使用者可以立即进行安装、运行和校准,很好上手,不过挑战还在于如何使其与艺术家同步实时运行。

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在长达六周的开发过程中,Drew表示,他需要横跨软件和硬件实现多条开发轨道,不断迭代设计和原型制作,3D打印机也是几乎“007”一样地工作着。

现在回想起来,每天都有一点进步,当然有时也会倒退。在这个过程中,他们会先进行测试,再进行更多测试,然后进行更多更多测试。在测试周期中,提前准备好的胡桃南瓜都被破坏得体无完肤。

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用C++和光学跟踪,完成校准等复杂工作

校准机器人手臂是一个麻烦复杂的工作。

Drew表示,此前的工作经验让他以一种公平的方式去了解机器方面的东西,但在与纹身艺术家Wes的合作过程中,他感到这些东西在令人着迷的同时也相当令人恐惧。

从简单解决方案的小事,到出现更大问题的纹身基本方面,还有更多需要考虑的方面。例如,我的假设,纹身机会像钢笔一样,有墨的储存库,它们需要像旧羽毛笔一样浸入到墨中,那么就不得不为机器人开发某种输送系统,好让其能够更自如地工作。

另一个挑战是,纹身师在根据应用的设计部分使用针之前,需要在不同方向拉伸皮肤。

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从技术上要跟踪Wes的手部运动,并检测Wes何时与假练习手臂表面接触并通过网络传输此数据,第一个挑战就是绘制几何图形。

为此,他们使用了Azure Kinect DK开发套件,将一个传感器安装在Wes上方的框架上,另一个传感器安装在机械手臂的末端执行器上。

首先,在没有手臂时,对工作区域进行滤波扫描,其次将手臂放置在工作区域内,进行第二次扫描。通过两次扫描得到的数据,相互减去一个点云(point cloud),就得到代表假人和人类手臂的上表面。

下一步是将这些点云转换为碰撞检测所需的表面几何形状。同时,他们对算法进行了相应的调整,以识别圆柱形状,这使他们能够生成光滑的表面,并且还可以检测到XY平面中的大致方向,因为两端的两个系统的XYZ空间未对齐。

在具体对机器臂的跟踪上,他们使用了一种基于3D手写笔的光学跟踪方法,并开发了一个支架,可以将纹身机安装在手写笔上。

如此一来,只要确定了手写笔笔尖位置,以及矢量到针尖的偏移量和方向,就能实现对机器的跟踪。同时一旦锁定了针的位置,也就能获取碰撞点,将几何图形展开成平面,并通过5G将这个新的2D平面位置图发送给机器人,然后机器人再将这些点重新进行3D包装。

根据Drew透露,所有工作都是用C++编写完成的,他还用其处理了Kinect传感器的扫描,以及引入的偏移量等数据。

安全同样得到了保证

在安全性的保障上,从软件触发器到手动紧急停止按钮,整个项目都有故障保险,一个在Drew手中,一个在机器人手中。安全是一个非常重要的考虑因素,很多人为检查也是不可或缺的。

从技术上讲,他们还推出了一种高精度的工业线性电位计,以检测被纹身者手臂的表面并保持所需的针深度。万一针刺得太深,这将起到故障保护的作用。

回想起项目初始,Drew表示,和Wes碰头时,他既感到怀疑又相当好奇。诚然,他对这个项目充满深刻理解,尤其是想要机器纹身的难度以及所需要的复杂的技术和流程。“即使最初觉得这是不可能的,但我仍愿意努力尝试解决问题”。

荷兰演员Stijn Fransen对这个项目也十分好奇,不仅从一开始就全身参与其中,还在机器人的启动和校准等方面帮了很多忙,甚至还愿意充当这个项目的“小白鼠”。但同时她又是那么冷静,这是不可思议的。

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我们都知道,许多纹身艺术家都是用直觉来感受皮肤表面和油墨之间的关系。这也让Drew对人的皮肤有了更为深刻的了解,在项目中,他们要做到的,就是尽可能不以任何方式去阻碍或干涉这种系统。

其实,Drew一直都以极客著称。在采访中他也透露到,他们家第一台家用计算机是Amstrad CPC6128,他用BASIC编写了一些任务控制“应用程序”,这些程序可以驱动故事情节,并让他们知道何时受到外星人的攻击。

长大后,在作为高级开发人员工作时,他第一次接触到Arduino平台时,想到了《爱丽丝梦游仙境》,“我在电子兔子洞里,没有回头”。

“现在,我所做的很多事情都是关于某种形式的与身体的感觉互动。”

相关报道:

https://sea.pcmag.com/news/42477/are-you-brave-enough-to-get-a-tattoo-from-a-robot

https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-9363939/Worlds-remote-tattoo-commissioned-real-time-using-5G-powered-robotic-arm.html

编者按:本文转载自微信公众号:大数据文摘(ID:BigDataDigest),作者:Caleb


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