
【天才设计】华为天才少年稚晖君自制电脑配件——硬萌机器人 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。 % B' C* e7 i5 W" W! G8 @+ o2 c. @ 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? ![]() ![]() / w2 t3 O; T' }1 }1 G' S! M/ A 这次的项目叫ElectronBot,是个支线项目。稚晖君表示,整体难度不高。+ @- [' j; W& w% B % `+ m( D, ~; B f8 b: ?" z 不如先看看整体效果如何?5 |8 [+ _& ^+ a1 C a ![]() 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。」2 ]7 d8 R+ p, R3 d7 _ 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。- g' S& V& N1 w) p/ u ![]() 8 @ h6 S$ X3 r( E/ W: c 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。7 j& k# l, Y4 L 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。( Q, Z6 {% j( G- m1 s8 i& Y+ K" t1 c ![]() 他打算自己设计一台桌面型的迷你机器人。) Z5 a# y" x/ A7 J 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。」 ![]() 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。 有这等好事,机器人听了都直点头。 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。; u: \9 G7 P; w# ^$ r1 H ![]() 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。 3 ?) Z3 {8 V' K* ^ 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。# j# j- b5 |& K" s: @0 @# _ : `3 V+ S j( |; @0 D/ j8 a 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。 ' [& M2 O, m1 t 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。 / a1 B! ~4 v, o% w+ \ 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。6 _1 O: W, Q6 v. Q w s+ u8 L* P ![]() 4 G7 w7 w0 y2 k1 E 而机器人的底座则使用铝CNC进行加工。% y8 M; b% J v, A : J9 { g- W( `. L0 f9 O , ` k; ]- y2 k4 Q/ e 下一步,就该到电路设计环节了。 6 }2 U# o% y' b4 H: C: l9 _! K 8 n, @+ i+ J V: H" y/ ?7 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。! d. Q% Q& B8 k( S( W7 g 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。 ![]() ; T( ]/ @. }4 ` 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。 5 p7 S) M1 J/ J 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。 " E n& e, R' c( h1 ~. p6 g 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。+ L$ P: q5 e7 r7 X6 | * i( y4 P. p1 K: E7 w+ P* N + p0 Q* X: D4 u6 b: R1 O 这就有问题了。+ @$ I2 W: A( Q1 ?* e 8 I" T+ V" _9 r- q* L3 ? 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。$ c- y# K8 m) y' { 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。/ E. W" \) C' T" v$ V' y 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。 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。 到这里,所有的硬件该有的都有了,也就该组装了。, [) q- a/ L2 {. a% S ![]() 整个组装过程一般人真搞不定。 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。2 E5 [) a6 s G& Q; `4 k 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... 「电脑」!?- X. ^# c8 D! r, o$ Y ![]() 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。' r& @: {, O) O( b 他给电子开发了一套完整的、多层次的开放SDK。 ![]() 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。 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。* [6 \; E3 R! e- D2 b) r0 H ^) |' K) Z * a2 O: v. l( G 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。6 T) L4 m b8 g5 \5 z 1 N, l) u" V" B/ c5 \5 J 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。 ![]() 8 k9 n2 `9 t. 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。 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/ElectronBot7 |" S+ R: \, o2 r 才刚刚发布没几个小时,都已经有90个star,还有6个fork了。+ v. i2 o% O' C1 o* [ 不得不说,天才少年的实力太强了。 ![]() ![]() |