
【天才设计】华为天才少年稚晖君自制电脑配件——硬萌机器人 0 T+ u, o) Q( \1 { 失踪人口回归了!华为「天才少年」稚晖君这次带来了一个又萌又硬的桌面小机器人ElectronBot。& s6 M4 D# l9 C- o j 还记得上次那个「全栈自研」的给葡萄缝针的钢铁侠机械臂Dummy吗?9 V/ B. q, k( Z! R! e5 O4 V4 e5 U ![]() ![]() 这次的项目叫ElectronBot,是个支线项目。稚晖君表示,整体难度不高。 . h; n% v/ B1 a: {, }7 W; m+ b 不如先看看整体效果如何? ![]() 在开始项目之前,稚晖君简单介绍了一下选择这个项目的动机。他戏称:「这是一个捡到一个鼠标垫,想配一台电脑的故事。」 众所周知,稚晖君热衷于收集各式各样的「屏幕」。这次,他不知道从哪搞来了一块圆形的LCD屏幕。5 g9 g6 p0 ]- d* n9 ~, U: J ![]() 7 U3 N! j* @: b( |9 s& S% \: R6 D4 f 简单的手表、挂件已经满足不了他了。他打算做一个新颖的、「又萌又硬」的机器人。 他的灵感一部分来自于早些年很火的「Anki Vector」、丰田推出的对话机器人「Kirobo Mini」、索尼曾经推出的音乐蛋「Rolly」,还有外形酷似阿童木的迷你机器人「Robi」等等。3 y. \/ j/ V7 N' j2 ?* b* } ![]() 6 C4 r! b. k- [ a! t i& v- n" Y 他打算自己设计一台桌面型的迷你机器人。. K6 J6 D2 g3 o; Y . p" j: i" _ T1 P3 h 上述的迷你机器人,受限于体积等因素,本身计算能力并不强。并且想要实现稍微智能点的交互,还得依赖手机的芯片。稚晖君锐评:「不够优雅,也不够实用。」& x I- w$ i" a; O3 ?0 A% k ![]() 他想到了一个办法,就是把这台机器人设计成一台电脑的配件。那么就可以获得电脑上的应用程序、拥有其强大的算力、还能时刻连着USB充着电。* ]2 L/ d+ c' Y" I% U. O- ~+ z ) ], b; N3 g. c! h& ~) Z; [ 有这等好事,机器人听了都直点头。" }% ]' F% w( s ^ 因为LCD屏幕是圆形的,一台圆润可爱科幻风的机器人原型就新鲜出炉了。" Z2 s1 x! v( O( Z- p( X9 u ![]() 而且稚晖君这人能处,有6个舵机他真塞。这可不简单,机身这么小,稚晖君想了很多有创意的传动方案。( l o1 r S- c 他希望机器人的手臂可以同时前后和左右旋转,而手臂的位置不足以塞下一个舵机,因此只能把舵机都装到肚子里去。; r- l7 [2 C1 x' r % `3 a P4 d4 S# r1 F, ~4 k, F 同时,稚晖君还希望手臂的两个角度可以进行反驱,所以弹簧扭簧这种东西就只能pass了。+ a7 X+ B" I5 R) q 为了解决在狭小的机身中把动力从舵机传递到手臂,还要能实现动力双向传递的问题,他设计了一种独特的结构。: b% n1 i. c; `4 @7 e. q 手臂前后的运动由一个舵机通过齿轮啮合进行传动,而另一个正交方向的运动,则由另一个舵机,通过T型推杆进行传动。 ![]() $ `+ n1 T& i2 e6 o2 L) I6 G 而机器人的底座则使用铝CNC进行加工。 0 c% e0 H! B8 F. h 8 j$ c$ P! j. l/ ~5 O 下一步,就该到电路设计环节了。 " \* N. j( A; ] 稚晖君使用了Cortex-M4内核MCU——STM32F4。用于驱动屏幕和控制舵机以及USB通信。/ a. ~: M) V, e% U1 d 6 j/ P6 S2 O$ q! B. L) C 由于芯片本身的USB功能只支持全速或是低速的USB,稚晖君在电路上添加了高速的USB-PHY芯片,成功将理论通信速率提高到了400Mbps。而最后实际的最高通信速率也有300Mbps。' e5 z1 L4 Z2 H! W; G4 c ![]() # P1 u- {* C. C8 T* @5 ~% K1 y) b 主控板的设计相对就比较简单了,两层PCB就搞定了。这样体积就做到了最小,和屏幕的面积保持了一致。) y( m# ~$ S; ]9 `) E* _: J ! `$ Q, R" [" z4 u L 机器人的身体内部也有一个传感器的板子,包括一个摄像头,还有一个红外手势传感器。1 d8 K: s" I6 T6 g$ N) A 6 q3 q5 `6 n h! n3 X 还有一块驱动板。因为市面上的舵机只能接收pwm信号,进行角度控制。 6 u+ ~0 F) H( N 这就有问题了。 在这种情况下我们只能发送指令,让舵机运动,却不能接收指令,从而知道它的运动状态。同时,想要让舵机进行反驱,就必须能让舵机随时进行输出力矩的切换。 4 I$ X; g- X5 U 传统舵机虽然做不到这一点,却难不倒心灵手巧智商高的稚晖君。他对市面上的传统3g舵机魔改了一通,设计了一个迷你的舵机驱动器。 / H- a* ~1 w& m4 o 这个小驱动器支持I^{2}C总线通信,PID闭环控制,位置回传,还能设置最大的输出力矩,断电储存参数等等。 # `9 R0 ^% E( w ' A# _$ a, L+ d% `0 D 这样一来,原本6个普普通通的舵机,被稚晖君巧手一点,就成了6个热乎乎的智能舵机。2 }! o# B* C# J1 Q0 r: j 到这里,所有的硬件该有的都有了,也就该组装了。4 u5 r' t# O4 a/ P" ~# ` ![]() 整个组装过程一般人真搞不定。2 f' V9 M. {- c4 {! S 稚晖君给自己设计的小机器人起名叫Electron(电子)。Electron通过USB线和计算机相连,作为计算机的配件。4 V: ]) m) J: y. k% B 换句话说,机器人叫「电子」,那通过USB连接的计算机就是「电子」的「脑子」,简称...) M8 i% B8 E' d; F( S$ a3 x5 C( y 「电脑」!?; E$ T3 P0 F! X" o ![]() 毕竟,稚晖君设计它的初心就是想把它作为一个工具机器人兼电脑配件,让其能发挥一些更加实用的功能。7 g) c K' R% Q, O4 r 他给电子开发了一套完整的、多层次的开放SDK。3 [) Q& s# J$ J& e+ a% n ![]() 7 X! M1 }5 y7 E1 l1 J & B: O+ H4 [+ b. o- b. i+ P& ~ 如果想用自己写的程序控制电子的话,稚晖君还提供了Electron Player库。只通过及其简单的代码,便可链接和控制机器人,还可以设置播放内容。 , k/ Y3 W& V$ }9 L. i$ P 如果还想以更硬核的方式进行二次开发,稚晖君还提供了更底层的Electron LowLevel库。2 J4 Z& d. Y8 z! y# K$ p 对此,稚晖君还做了一个范例,通过调节机器人右手实现控制电脑音量和亮度。1 h$ s& o6 n0 t; t2 ]4 C$ \& P + \9 ]+ \5 V) } 利用机器人机身搭载的摄像头和红外手持传感器,开发了通过AI算法识别手势的程序。, D$ M) ~* `$ b ![]() 8 R; o" |3 d3 x * r9 K; y& m8 g" R1 Z 最有意思的一个应用是,稚晖君基于OpenPose开发了一个程序,用于单目的人体关键点检测。( {; f* Y0 ?: h( N- M & U, N! X6 S; C% X 4 h5 @. E0 ^0 } 如果有2台机器人的话,就可以视频了,而且你还可以通过手势控制机器人运动。 ![]() 最后,稚晖君还顺便给电子做了一个收纳盒,太精巧了。 ![]() 视频末,稚晖君附上了软硬件开源地址: https://github.com/peng-zhihui/ElectronBot 才刚刚发布没几个小时,都已经有90个star,还有6个fork了。 W: o" U/ A2 p. { 不得不说,天才少年的实力太强了。5 [4 b, u2 c/ T7 J: X1 @) {% N; q ![]() ![]() |