
【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。 * t- l+ S4 e1 x0 ]( b1 c4 a2 n$ l 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? ![]() ![]() 这次的项目叫ElectronBot,是个支线项目。稚晖君表示,整体难度不高。6 p4 i# ]% T! P $ ^; g$ k1 p7 [: T/ w" A 不如先看看整体效果如何?' w5 |! J8 r; q0 i ![]() / K$ |$ O x# L: E) ?0 a/ q 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。」8 Y( B* m% u! A& v' V% Q ) T7 Z$ `' n6 G: Z, _. R' f 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。) u# d1 J3 y1 s! u ![]() [$ |! B0 q$ \& R& s* M 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。4 c6 S2 Q2 j4 V+ Z. G2 C+ }0 H X % k( L9 I* v4 ^9 l3 ?, e" i( T 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。) x3 ^: s |2 I% P1 M, S ![]() 他打算自己设计一台桌面型的迷你机器人。 ) f7 P2 v- w! ^. q6 l 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。」 ![]() $ v- t. j8 _ ?( r0 ?1 X2 B6 y 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。. |% L) k! n( s9 D A ![]() ) j j7 J# O, T 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。 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。! [) N" L) S! [0 Q 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。 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。 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。 ![]() 而机器人的底座则使用铝CNC进行加工。 + z5 }7 u% D* s# z3 Q! N( y& ^! Q + e5 J4 T* x! } 下一步,就该到电路设计环节了。 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。 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。% |; S7 Q) K4 S0 }& I# E ![]() ' W1 C4 `* O7 U! w# L 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。+ l7 V% ^; ?/ |( x ; L2 {- J* Q, e) r" [ 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。 4 W/ M' v5 B* C" O: S - g* M. l y( p: 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。; D% O8 ^5 C& X1 w. x( ] 8 u7 O8 G% x1 {7 z ) v0 t2 H# n' N3 z4 S2 d7 r 这就有问题了。 " m+ f/ r, g5 | 1 m# E0 [: E( o4 I; B 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/ b! y% V; T' ?1 s; E- y : D' [3 E3 r, x, Q5 D 3 f$ K2 L& f# ~/ r$ O 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。 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 F8 \1 w2 n9 K3 h6 B: Z, t : a, _4 ?$ D8 r# K/ y& R. g 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。 ![]() 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。 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...0 t' [; p \6 E: I 「电脑」!?" R$ m+ v+ G- K# I# c ![]() 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。2 W3 K; m( S1 p0 U 他给电子开发了一套完整的、多层次的开放SDK。 ![]() 8 n0 T2 t! W/ d# p! y- ~ 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。1 H3 O0 V E6 a8 \1 | / d" ~0 g+ k. y 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。 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。 2 x- A1 \% D( z% @& J6 W 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。* w& A* e r# g+ z' O ![]() 6 `: U w- E! [, s/ V5 h 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。 # `1 w! E) u0 G( |5 ~, _' P; J 5 }$ v' r1 ]2 s% o1 p7 N3 w 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$ W0 n4 n# ~9 v( Y8 [& C' u 才刚刚发布没几个小时,都已经有90个star,还有6个fork了。 不得不说,天才少年的实力太强了。 ![]() ![]() |