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

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。

经过了短暂的几分钟，Stijn不禁大声尖叫，nice！！

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。

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。

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。



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。

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。

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。”

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