华为天才少年稚晖君开源新项目:硬萌机器人

发布于 2022-3-14 23:40
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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。

 

华为天才少年稚晖君开源新项目:硬萌机器人-开源基础软件社区

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?

近 3 个月没更的华为「天才少年」稚晖君带着他的最新视频来了!

虽然跳票了一段时间,但他还是来了。网友纷纷表示:「失踪人口回归」。

这次的项目叫 ElectronBot,是个支线项目。稚晖君表示,整体难度不高。不如先看看整体效果如何?

 

「电子」机器人如何造?

 

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。华为天才少年稚晖君开源新项目:硬萌机器人-开源基础软件社区

灵光乍现,稚晖君的 DNA 动了。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。华为天才少年稚晖君开源新项目:硬萌机器人-开源基础软件社区

但是稚晖君却表示,这些机器人功能太单一,扩展性和开放性还不强。他打算自己设计一台桌面型的迷你机器人。

 

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。」

 

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他想设计一款无需充电、随时待机、有强大计算能力的机器人。

 

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。华为天才少年稚晖君开源新项目:硬萌机器人-开源基础软件社区

稚晖君表示,这是他第一次尝试用 T-Spline 曲面建模。成品机器人双臂可动,有两个自由度,身体和头部各有一个自由度。

 

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。

 

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。华为天才少年稚晖君开源新项目:硬萌机器人-开源基础软件社区

这机器人别看小,肚子里一点空间都没浪费,被稚晖君塞的满满的。真是强迫症的福音啊。

 

而机器人的底座则使用铝 CNC 进行加工。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。

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这个速度远高于 UART、I^{2}C、SPI 等短总线。这也给后续的软件开发提供了更多可能性。

 

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。

 

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。

 


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。

 

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。

 

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。

 

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...「电脑」!?

 

如果只是将其当成一个播放器的话,这个机器人和之前提到的那些没有太大区别。

 

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。

 

他给电子开发了一套完整的、多层次的开放 SDK:

 

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最上层是 Electron Studio,属于纯图形化的交互。

 

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。

 

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。

 

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。

 

 

当摆出不同手势类型,就可以打开预先设定好的程序,或者切换桌面。

 

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。华为天才少年稚晖君开源新项目:硬萌机器人-开源基础软件社区

稚晖君还给这个应用起了一个特别的名字「量子纠缠」。最后,稚晖君还顺便给电子做了一个收纳盒,太精巧了。华为天才少年稚晖君开源新项目:硬萌机器人-开源基础软件社区

 

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。

 

不得不说,天才少年的实力太强了。

 

具体使用说明,稚晖君表示自己会稍晚点补充,先补个觉。华为天才少年稚晖君开源新项目:硬萌机器人-开源基础软件社区

包括此前他做的可以自动驾驶的自行车、机器臂等等,每个项目都会耗费很大精力,再加上稚晖君也有自己的本职工作。

 

 

网友:重新定义「软核」

 

有网友表示:重新定义「软核」。

 

更多内容 可观看视频:

https://www.bilibili.com/video/BV1ka411b76m?share_source=copy_web

 

已于2022-3-14 23:40:04修改
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