脑洞大开，让机器人来剪头发

中科院长春光机所 今天
孤身一人，又不想出门找理发店怎么办，YouTube 视频博主 Shane Wighton 又整出了新活。



疫情期间，不敢出门找 Tony 老师理发？

有人会选择在家理发，但是需要一套理发工具和一位心灵手巧的家人。

那独居青年怎么办呢？

有人似乎看到了这个需求。YouTube 博主、在家手工爱好者 Shane Wighton 表示，他已经开发出了一款理发机器人，虽然没有「洗吹」服务，但至少能够解燃眉之急。
对于机器人来说，可能很难和人类理发师一般，将理发技巧了然于胸。在最初的版本中，机器人时常翻车：

这样脑袋怕是保不住了。

Wighton 花了很多时间去解决了这些程序错误，然而最担心的事情还是发生了，机器人无法像 Tony 老师那么灵活，它会扯到头发：


经过一番努力，Wighton 终于解决了大部分问题，帮自己剪了一个还算看得过去的发型。


和 Tony 老师比较像的是，这位机器人理发师还会附赠聊天服务，跟你聊聊天气什么的。

在视频中，Shane Wighton 详细介绍了自己开发这个剪发机器人的经历，我们一起来看一下。

机器人理发，技术含量很高

在视频中，Shane Wighton 详细介绍了自己开发这个剪发机器人的经历。

回想一下我们在理发店剪头发的过程。首先，理发师会将你的头发分成几个象限，然后逐一下手。

这个分头发的过程一般是用梳子完成的，因此 Wighton 很自然地想到让机器人握住两把梳子：


但问题是，这个操作很难借助摄像头观察。在折腾了一阵儿摄像头问题之后，Wighton 选择了放弃，换了一个更省事的方法，用一个有吸力的塑料管把要剪的头发吸起来：

这个塑料管看上去很像从吸尘器上拆下来的。

这样一来，头发就能立在那里乖乖等着剪刀，而且剪下来的头发也不会到处乱掉了。确认这个方法奏效之后，Wighton 将其安在了机器人上。

Wighton 介绍称，这个剪头发用的机器人头部总共三个伺服装置：一个类似于人的手指，用来夹住要剪的头发；一个用来控制剪刀移动；最后一个用来操作剪刀剪头发。




整个装置运行起来是这样的：位于最上方的「吸管」将头发吸起来立住→机械「手指」过来把头发夹住→安在一旁的剪刀凑过来剪：



走到这里，剪头发的基本动作算是完成了，接下来就是想办法让这个机器人上下左右前后自由移动。因此，除了可伸缩、升降的机械臂之外，Wighton 还给这个机器人配了一个环形滑轨：

配上人头，感觉像一种刑具。

此外，为了让剪刀能够调整角度，Wighton 又加了一个旋转装置。

剪的过程中还有一个问题：人的头会动。那么，怎么让机器人确定你的头在哪儿呢？Wighton 想到了用深度摄像头，也就是靠人脸识别 + 深度数据确定人头在 3D 空间中的位置。


但这个方法的缺点在于：摄像头总是被其他设备挡住。



这个问题或许可以解决，但 Wighton 认为，如果非要让摄像头来做这项工作，软件将变得非常复杂。于是，他另辟蹊径，给最前面的「手指」装了个开关：


这个开关有什么用呢？我们观察到，在机械臂移动的时候，这个开关将是最先碰到人头部的装置。因此，Wighton 将其设置为：一旦该开关碰到人，机械臂就会后退一些，确保安全。


接下来就是确定剪什么发型的问题了，毕竟这不是剪羊毛。

在程序员的世界里，一切都是参数化的，发型也不例外。为了让机器人理解人类的发型，Wighton 进行了 3D 建模，用颜色的深浅表示头发的长度，即颜色越深头发越长：

虽然看起来像是个秃顶的发型，但机器人不会这么认为。

此外，为了让机器人知道剪发的角度（比如刘海应该横着剪，耳边周围的头发要沿着耳朵剪），Wighton 也在 3D 模型上进行了标注。

这些工作都完成之后，Wighton 将建好的 3D 模型导入机器人。后者会根据该模型制定剪发计划，然后逐步执行。整个剪发的过程让人捏了把汗：


另外，由于代码 bug，原先 15 分钟就能完成的剪发过程硬是被拉长到 1 个小时，求博主心理阴影面积。

和以往一样，在制作整个机器人的过程中，Wighton 动用了他的等离子切割机等烧钱装备：


这次的成果再次证明了，Wighton 果然是「有钱、有闲、有知识」。

如果是你，你会用吗？

拿着剪刀的机器人套在头上，乍看起来有点吓人，不知道会有多少人愿意让它来给自己剪头发。

不过这里还有一些让人安心的理由，说到理发机器人的发明者 Shane Wighton，应该是一个挺靠谱的技术宅，前不久他设计的「百发百中」篮板也曾经在社交网络上吸引了众人的关注。

这个使用机器人技术和计算机视觉算法的智能篮板，可以根据投来篮球的方向自动调整角度，让你随便一扔都是三分球，既然机器人可以做到如此精准，剪个头发应该还是 ok 的。


Shane Wighton 毕业于北卡罗来纳大学夏洛特分校，获得了机械工程学士学位和计算机科学硕士学位。他目前在 3D 打印技术开发商和制造商 Formlabs 公司担任首席工程师，热爱制作各种新奇的玩意。曾发表专利：Additive fabrication support structures（增材制造支持结构）。

也许是疫情期间在家办公让 Wighton 觉得有空实现一些脑中存在的构想，他于 2020 年 3 月开通了自己的 YouTube 频道，短短四个月已经收获了超过 28 万订阅者。


文章转自“机器之心”

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