使用ChatGPT学习大象机器人六轴协作机械臂mechArm

引言

我是一名机器人方向的大学生，近期学校安排自主做一个机器人方面相关的项目。学校给我们提供了一个小型的六轴机械臂，mechArm 270M5Stack，我打算使用ChatGPT让它来辅助我学习如何使用这个机械臂并且做一个demo。

本篇文章将记录我是如何使用ChatGPT来学习机械臂的使用。

ChatGPT

ChatGPT 是由 OpenAI 开发的一个先进的人工智能对话系统。它基于大规模语言模型 GPT（Generative Pretrained Transformer）技术，能够理解和生成自然语言文本。ChatGPT 能够进行多种交互，包括回答问题、提供解释、撰写文本、编程协助等。它的设计目的是为了模拟人类在特定领域或对话中的表现，从而提供高质量的、类人的交流体验。

ChatGPT 如何帮助学习新知识：

个性化教学：根据用户的问题和回答，ChatGPT 能够个性化地提供信息，使学习过程更加符合用户的需求和水平。
理论与实例结合：ChatGPT 不仅能提供理论知识，还能结合实际案例来解释复杂概念，帮助用户更好地理解和记忆。
步骤指导：对于复杂任务或问题，ChatGPT 可以提供分步骤的指导和建议，帮助用户逐渐掌握技能。
资源推荐：ChatGPT 还能推荐书籍、在线课程、文章等资源，帮助用户深入学习。

学习的过程Process

首先我得赋予他一个身份，一个角色，这样的话它的回答才能不会特别的偏离我们的主题。

me:
You are now a senior teacher in robotics. I will ask you some questions to help me learn a robotic arm.

ChatGPT:
That sounds great! I'm here to help with your questions about robotic arms. Whether it's about their design, operation, programming, or applications, feel free to ask. Let's get started!

在此之间我已经对机器人相关的知识有所了解了，直接让它给我调查我现在这款机械臂是什么该如何使用。然后它就提供了一些机械臂的参数，以及编程环境等等

me:
Do you know the mechArm 270 MechArm, a product of Elephant Robotics? My instructor gave us one to use for a case study. I wanted to know the basic information about this robotic arm first.

ChatGPT:

...
Specifications:
Payload Capacity: Up to 250 grams.
Reach: 270mm.
Degrees of Freedom (DoF): 6, via 6 magnetic encoder motors.
Movement Speed: Up to 120°/s.
Positioning Accuracy: ±1 mm.
Controller: Raspberry Pi 4 Model B, featuring quad-core Cortex-A72 processor, dual-band WiFi 5, and Bluetooth 5.0 connectivity.
Supported Cameras: Official Raspberry Pi cameras or third-party USB cameras.
USB Ports: 2 USB 3.0 ports, 2 USB 2.0 ports.
Power Input: 8-12V/5A DC jack.
Weight: Approximately 1 kilogram.
Expansion Options: 40-pin GPIO header
...

mechArm 270

经过较详细的汇总，我就得知这是一款桌面型的机械臂，工作半径270mm，能够支持多平台的编译，比较全面的是python编程语言，还附带一个丰富的API控制库方便用户们的使用。

有40个GPIO接口，比较适合做一一些非常小型的自动化任务，也可以做教育环境和研究等应用。

环境安装

基于他对于Python支持的比较多，所以我决定用python来进行这个机械臂的学习。

操作系统：window11
编程语言: python3.9+
主要使用的功能库:pymycobot

pymycobot的使用

ChatGPT介绍了一个基本的使用，从安装到使用都有。

安装库

pip install pymycobot

基础使用

导入使用的库

#import library

from pymycobot.mycobot import MyCobot

初始化机械臂，建立连接

#Initialize the Robot Arm

```

Connect the mechArm to your computer.

Initialize the robotic arm by specifying the port it's connected to and the baud rate

```

mc = MyCobot('com3',115200)

基础命令

Move the Arm: Use methods like send_angles to control the arm's position. For example, to move the arm to a specific angle:

mc.send_angles([0, 0, 0, 0, 0, 0], 100) # Angles for each joint, Speed

Get Current Position: To read the current position of the arm:

angles = mc.get_angles()

print(angles)

Control the Gripper: To open or close the gripper:

mc.set_gripper_state(1, 50) # 1 for open, 0 for close, Speed

以上是ChatGPT给我提供的一些使用的基础方法，我来尝试一下按照他的步骤来进行控制机械臂。

然后我自己尝试了使用代码控制机械臂做一个循环动作。

import time

from pymycobot.mycobot import MyCobot

#Initialize the Robot Arm
mc = MyCobot('com13',115200)
time.sleep(3)
for count in range(3):
  mc.send_angles([57.21,(-2.1),19.33,(-81.29),(-73.65),(-1.14)],80)
  time.sleep(1)
  mc.send_angles([(-9.05),(-1.93),9.05,2.63,(-2.28),(-0.26)],80)
  time.sleep(1)
  mc.send_angles([5.36,(-41.57),(-17.31),11.07,(-55.54),(-1.49)],80)
  time.sleep(1)

这是一些角度控制机械臂运动，单独控制角度的话我觉得只能做一些固定的动作，对于一些应用场景应该不是特别的实用。于是我问，还有什么其他的控制方法能够适用于物体抓图的运动。

chat

me:
Controlling the movement of the angle is only applicable to some special points and postures. For some object grabbing scenes, these unfixed points should not be used. Is there any other method of control?

Chatgpt:
Absolutely, for scenarios where controlling the robotic arm based on specific angles isn't practical, especially in object grabbing and manipulation tasks, there are alternative control methods that can be more effective:

1. Cartesian (Coordinate) Control:
Description: This method involves controlling the robotic arm by specifying the position of the end effector in Cartesian coordinates (X, Y, Z), along with orientation (roll, pitch, yaw).
Usage: In Python, using the pymycobot library, you can command the robotic arm to move to a specific Cartesian coordinate. The command might look like:

让我来尝试send_coords()这个方法是怎么运转的，下面是我写的代码在机械臂的末端位置上作出运动。

class MechArm:

    def __init__(self,port):
        #初始化链接
        self.mc = MyCobot(port, 115200)
        self.coords = [116.4, -0.1, 178.4, -179.68, 6.5, -179.43]
        self.speed = 40
        self.mode = 0
        
    def increment_x_and_send(self, increment=20):
        # 增加x值并发送新坐标
        self.coords[0] += increment
        self.mc.send_coords(self.coords, self.speed, self.mode)

    def increment_y_send(self,increment=20):

        self.coords[1] += increment
        self.mc.send_coords(self.coords,self.speed, self.mode)

我发现在控制机械臂的时候，有些指令会被吞掉，导致机械臂没有办法运动。解决的办法就是需要添加一个等待时间，等待的时间需要大于机械臂运动的时间才能够保证运动完全执行完。

time.sleep(s)

# run code
mc = RobotArmController('com13')
mc.init_p()
time.sleep(3)
mc.increment_x_and_send()
time.sleep(1)
mc.increment_y_send()
time.sleep(1)
mc.increment_x_and_send()
time.sleep(1)
mc.increment_y_send()

进阶使用

我打算用吸泵来抓取一些东西，之后想做一个视觉的场景结合起来。mechArm有40个IO接口可以外接一些设备使用，比如说吸泵，夹爪等等工具。

给末端装上吸泵然后就可以开始实践了。我得找到调用吸泵的方法，pymycobot里面的API太多了，我直接让ChatGPT来帮助我知道吸泵。

me:
How to call the suction pump?

ChatGPT:
Control Commands:

Activate the Suction Pump:
To turn on the suction pump, you might send a command to set a specific IO port to HIGH. The exact command will depend on how the suction pump is connected to the controller.
python

mc.set_basic_output(1,0)  # Example: Setting pin 1 to HIGH (0)
Deactivate the Suction Pump:
To turn off the suction pump, you would send a command to set the IO port to LOW.
python
Copy code
mc.set_basic_output(1, 1)  # Example: Setting pin 1 to LOW (1)
Integrate with Movement Commands:

You would typically integrate these commands into a sequence where the robotic arm moves to a target location, activates the suction pump to pick up an object, moves to a new location, and then deactivates the pump to release the object.

现在我们来创建函数来控制吸泵的开关。

    def pump_on(self):
        self.mc.set_basic_output(5,0)

    def pump_off(self):
        self.mc.set_basic_output(5,1)
        
mc.initial_position()
time.sleep(2)
mc.pick_up_postion()
time.sleep(2)
mc.pump_on()
time.sleep(1)
mc.increment_z_send()
time.sleep(3)
mc.pump_off()

本次先记录到这里，之后我打算结合摄像头做一些定位抓取的功能。

总结

随着人工智能的不断发展，它影响的不单单是科技方面，还影响着我们生活中的点点滴滴。它很大程度上提升了我们的学习效率，就拿我来说，如果我要了解一个新事物肯定得把相关文档全部通读一遍，甚至也不一定能理解到位，有了ChatGPT等许多人工智能的工具，学习的方式再也不像之前那样了，是全新的一种风格。及时是一无所知的机械臂，也能再很快的上手使用。