當(dāng)然，Dominator機(jī)器人并非Mark Rober自己的成果，他談道這是他們一個(gè)四人團(tuán)隊(duì)多年工作的結(jié)晶，其中經(jīng)歷了多次的失敗才有了現(xiàn)在的Dominator。
這也不是Mark Rober的第一個(gè)腦洞大開的作品，他曾創(chuàng)造過一塊可以自動追蹤飛鏢的鏢盤，以及一個(gè)可以根據(jù)籃球飛行軌跡自動調(diào)整籃板角度的籃球架，讓你投飛鏢或投籃時(shí)能夠百發(fā)百中。這些作品讓他在YouTube上走紅。
一、四個(gè)人要用多米諾骨牌填滿體育場
Dominator的故事是從2019年開始的。
當(dāng)時(shí)Mark Rober在舊金山灣區(qū)舉行了一次演講。演講中他談到他一直想制作一個(gè)機(jī)器人，利用這個(gè)機(jī)器人能夠在一夜之間將成噸的多米諾骨牌搭起來，并填滿整個(gè)體育場。但是他進(jìn)行過一些嘗試后沒有成功。
這個(gè)想法吸引到了Alex Baucom的興趣，他有過開發(fā)機(jī)器人的經(jīng)驗(yàn)，并且平時(shí)最大的愛好就是建造機(jī)器人，因此立刻與Mark Rober取得了聯(lián)系。
另外這場演講也吸引到了斯坦福機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)生John Luke和Josh。四人一拍即合，于是一個(gè)多米諾機(jī)器人團(tuán)隊(duì)就此誕生。
二、出師不利，三大挑戰(zhàn)亟待解決
Dominator的創(chuàng)造并非一帆風(fēng)順，團(tuán)隊(duì)剛開始工作就發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)這個(gè)創(chuàng)舉要面臨三大挑戰(zhàn)。
第一個(gè)挑戰(zhàn)是這項(xiàng)創(chuàng)舉的規(guī)模太大，以至于超出了最初的設(shè)想。
Mark Rober希望機(jī)器人能夠放置至少10萬塊多米諾骨牌，最初他們設(shè)想機(jī)器人直接攜帶上所有骨牌并一塊一塊地?cái)[放。但是團(tuán)隊(duì)進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn)10萬塊骨牌有850公斤重，并且即使以3秒/塊的速度擺放也至少需要三天半的時(shí)間。因此他們不得不改變最初的思路，改用一個(gè)托盤裝下一部分?jǐn)[放好的骨牌，再將這些骨牌擺放到正確的位置。
第二項(xiàng)挑戰(zhàn)是機(jī)器人的定位要做到極其精準(zhǔn)。
機(jī)器人要能夠?qū)⒍嗝字Z骨牌擺放的足夠近，才能讓骨牌倒下后碰倒其他骨牌。但是又不能將骨牌放得太近，否則擺放過程中就有可能把骨牌碰倒導(dǎo)致前功盡棄。同時(shí)，機(jī)器人本身也必須要有準(zhǔn)確的定位，否則也會將已經(jīng)擺放好的骨牌碰倒。
團(tuán)隊(duì)最初想使用超聲波傳感器判斷骨牌與機(jī)器人的相對位置，但后來被證實(shí)是失敗的。后來該團(tuán)隊(duì)又嘗試了Marvlemind室內(nèi)“GPS”傳感器，發(fā)現(xiàn)這也達(dá)不到想要的效果。
第三項(xiàng)挑戰(zhàn)是要讓機(jī)器人能夠保持準(zhǔn)確的移動路線。
機(jī)器人定位的問題即便能夠解決，但如果它控制不了自己的運(yùn)動，仍然無法足夠準(zhǔn)確的放置多米諾骨牌，同時(shí)也更容易將骨牌給碰倒。團(tuán)隊(duì)決定使用一種全向驅(qū)動系統(tǒng)來簡化這個(gè)問題，利用這個(gè)系統(tǒng)可以讓機(jī)器人執(zhí)行小幅度的矯正運(yùn)動來和多米諾骨牌對齊。
他們購買了一個(gè)麥卡納姆輪（Mecanum wheel）套件來進(jìn)行測試，并制作了第一個(gè)小型機(jī)器人原型機(jī)，發(fā)現(xiàn)這個(gè)想法能夠起作用。但是團(tuán)隊(duì)很快發(fā)現(xiàn)制作的第一個(gè)原型機(jī)太小了，并起不到什么實(shí)質(zhì)性的幫助作用，于是他們又制作了一個(gè)較大的機(jī)器人，并將麥卡納姆輪換成了真正的全向輪（Omni wheel）。
這個(gè)新的原型機(jī)幫助他們開發(fā)了第一個(gè)運(yùn)動系統(tǒng)和控制回路，并完成了許多基礎(chǔ)部分的工作。
三、從原型機(jī)到真正的機(jī)器人，選擇電機(jī)成了大難題
當(dāng)團(tuán)隊(duì)決定從原型機(jī)過渡到真正的機(jī)器人時(shí)，發(fā)現(xiàn)仍有幾個(gè)困難在等著他們。
首先他們根本不知道如何為機(jī)器人選擇正確的電機(jī)。該團(tuán)隊(duì)一開始嘗試的是步進(jìn)電機(jī)（stepper motors），結(jié)果證明這種電機(jī)的尺寸過小，無法承載所需要的負(fù)載，也無法讓讓機(jī)器人以較快的速度移動。
之后他們又嘗試了直流電機(jī)（DC motors），發(fā)現(xiàn)這種電機(jī)無法提供足夠的扭矩來控制機(jī)器人，有時(shí)機(jī)器人的輪子會打滑，導(dǎo)致機(jī)器人瘋狂旋轉(zhuǎn)。
Mark Rober只好聯(lián)系了其他人尋求幫助，最后在專業(yè)人士的指導(dǎo)下，他們選擇了ClearPath伺服電機(jī)（servos motors）來驅(qū)動機(jī)器人。利用這種電機(jī)能夠精準(zhǔn)地提供大量扭矩來更好的控制機(jī)器人的移動，保證車輪不會打滑。
在選擇電機(jī)的同時(shí)他們也決定將機(jī)器人的主計(jì)算機(jī)從Arduino換為樹莓派（Raspberry Pi）。使用樹莓派可以讓傳感器的延遲變得更低，但是也讓代碼變得復(fù)雜起來。
團(tuán)隊(duì)在移植機(jī)器人所需的軟件時(shí)遇到了一些挑戰(zhàn)，比如整個(gè)系統(tǒng)變得更加復(fù)雜、需要重新學(xué)習(xí)如何用C++來構(gòu)建系統(tǒng)等。但最終他們還是完成了主計(jì)算機(jī)的更換。
上面的問題解決后，機(jī)器人終于可以在新的軟件系統(tǒng)的驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可控的行駛，下一步該團(tuán)隊(duì)需要把一個(gè)托盤添加到機(jī)器的前面，用于擺放多米諾骨牌。
他們編寫了一個(gè)簡單的程序，來控制機(jī)器人放置骨牌和歸位的動作，然后這個(gè)裝置竟異常順利的開始工作了。Alex Baucom稱這是這一整個(gè)項(xiàng)目中為數(shù)不多的沒有出現(xiàn)過重大問題的部分之一。
四、擺放多米諾骨牌，還要打通“最后一厘米”
根據(jù)早期原型機(jī)的測試結(jié)果，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃使用Marvelmind傳感器來為機(jī)器人定位，因?yàn)樗木纫呀?jīng)達(dá)到了亞厘米級。如果實(shí)際效果不夠好的話，他們還計(jì)劃添加超聲波傳感器來輔助檢測多米諾骨牌。
但這里依舊沒那么順利，他們發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)計(jì)劃仍然行不通，多米諾骨牌太小，以至于傳感器有時(shí)無法有效地檢測到它們。
經(jīng)過幾天的嘗試，他們決定放棄超聲波傳感器，并對Marvelmind傳感器的位置進(jìn)行調(diào)整，之后他們又在機(jī)器人上添加了朝向地面的攝像頭，來檢測地面的標(biāo)記。經(jīng)過測試和調(diào)試后，證明這一方案是有效的。
五、一天擺放10萬塊多米諾骨牌，還打破了世界紀(jì)錄
終于機(jī)器人的所有部件都已準(zhǔn)備到位，可以開始骨牌的擺放工作了。
從外觀來看，這個(gè)機(jī)器人的主體由帶有鋼底板的框架構(gòu)成，驅(qū)動系統(tǒng)安裝在底板上。機(jī)器人前面有一個(gè)大托盤，能夠一次性放置300多塊多米諾骨牌。托盤頂部是由3D打印制作的漏斗，用于讓骨牌更容易地落入相應(yīng)的網(wǎng)格中。機(jī)器人背部被添加了很大的配重，以確保后輪與地面之間能產(chǎn)生足夠的摩擦力而避免打滑。
在多米諾骨牌擺放工作開始之前，該團(tuán)隊(duì)還向多米諾骨牌藝術(shù)家、YouTube博主Lily Hevesh發(fā)起了挑戰(zhàn)。最終機(jī)器人僅僅用了24個(gè)小時(shí)就完成了所有的工作，將10萬塊骨牌擺在了正確的位置。Alex Baucom稱這創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。
結(jié)語：為一個(gè)瘋狂的夢想奮斗兩年，太酷了！
因?yàn)橐粋€(gè)用多米諾骨牌填滿體育場這樣瘋狂的夢想，Mark Rober與其他三位伙伴為之奮斗了兩年，最終創(chuàng)造出了Dominator這樣一個(gè)機(jī)器人。
雖然這項(xiàng)工作看起來并不復(fù)雜，只是讓機(jī)器人搬運(yùn)骨牌，然后再擺放到正確的位置，但這一過程實(shí)現(xiàn)起來卻異常艱難。實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)工作，不僅需要機(jī)器人能夠精準(zhǔn)定位，還要保持精確的行走路線，并且擺放過程要保持絕對穩(wěn)定，否則任何一個(gè)輕微的抖動都會使已經(jīng)擺放好的骨牌“全軍覆沒”。
Mark Rober的團(tuán)隊(duì)在這兩年中碰到了一個(gè)又一個(gè)的困難，又將他們一一解決，在這個(gè)過程中他們收獲到的不僅是夢想被實(shí)現(xiàn)的滿足，還有寶貴的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。這些實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，也能為已應(yīng)用于工廠、倉儲物流等領(lǐng)域的搬運(yùn)機(jī)器人提供借鑒的價(jià)值。
