華為天才少年稚暉君自制硬萌機(jī)器人,開源 5 天,GitHub 收獲 2900 星...
這是「進(jìn)擊的Coder」的第 590?篇分享來源：新智元
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你們還記得上次那個「全棧自研」的給葡萄縫針的鋼鐵俠機(jī)械臂 Dummy 嗎？?
?近 3 個月沒更的華為「天才少年」稚暉君帶著他的最新視頻來了！?
?雖然跳票了一段時間，但他還是來了。網(wǎng)友紛紛表示：「失蹤人口回歸」。?這次的項(xiàng)目叫 ElectronBot，是個支線項(xiàng)目。稚暉君表示，整體難度不高。?不如先看看整體效果如何？?
「電子」機(jī)器人如何造？
?在開始項(xiàng)目之前，稚暉君簡單介紹了一下選擇這個項(xiàng)目的動機(jī)。他戲稱：「這是一個撿到一個鼠標(biāo)墊，想配一臺電腦的故事?！?/span>?眾所周知，稚暉君熱衷于收集各式各樣的「屏幕」。這次，他不知道從哪搞來了一塊圓形的 LCD 屏幕。?
?靈光乍現(xiàn)，稚暉君的 DNA 動了。?簡單的手表、掛件已經(jīng)滿足不了他了。他打算做一個新穎的、「又萌又硬」的機(jī)器人。?他的靈感一部分來自于早些年很火的「Anki Vector」、豐田推出的對話機(jī)器人「Kirobo Mini」、索尼曾經(jīng)推出的音樂蛋「Rolly」，還有外形酷似阿童木的迷你機(jī)器人「Robi」等等。?
?但是稚暉君卻表示，這些機(jī)器人功能太單一，擴(kuò)展性和開放性還不強(qiáng)。?他打算自己設(shè)計(jì)一臺桌面型的迷你機(jī)器人。?上述的迷你機(jī)器人，受限于體積等因素，本身計(jì)算能力并不強(qiáng)。并且想要實(shí)現(xiàn)稍微智能點(diǎn)的交互，還得依賴手機(jī)的芯片。稚暉君銳評：「不夠優(yōu)雅，也不夠?qū)嵱??！?/span>?
?他想設(shè)計(jì)一款無需充電、隨時待機(jī)、有強(qiáng)大計(jì)算能力的機(jī)器人。?他想到了一個辦法，就是把這臺機(jī)器人設(shè)計(jì)成一臺電腦的配件。那么就可以獲得電腦上的應(yīng)用程序、擁有其強(qiáng)大的算力、還能時刻連著 USB 充著電。?有這等好事，機(jī)器人聽了都直點(diǎn)頭。?因?yàn)?LCD 屏幕是圓形的，一臺圓潤可愛科幻風(fēng)的機(jī)器人原型就新鮮出爐了。?
?稚暉君表示，這是他第一次嘗試用 T-Spline 曲面建模。成品機(jī)器人雙臂可動，有兩個自由度，身體和頭部各有一個自由度。?而且稚暉君這人能處，有 6 個舵機(jī)他真塞。這可不簡單，機(jī)身這么小，稚暉君想了很多有創(chuàng)意的傳動方案。?他希望機(jī)器人的手臂可以同時前后和左右旋轉(zhuǎn)，而手臂的位置不足以塞下一個舵機(jī)，因此只能把舵機(jī)都裝到肚子里去。?同時，稚暉君還希望手臂的兩個角度可以進(jìn)行反驅(qū)，所以彈簧扭簧這種東西就只能 pass 了。?為了解決在狹小的機(jī)身中把動力從舵機(jī)傳遞到手臂，還要能實(shí)現(xiàn)動力雙向傳遞的問題，他設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。?手臂前后的運(yùn)動由一個舵機(jī)通過齒輪嚙合進(jìn)行傳動，而另一個正交方向的運(yùn)動，則由另一個舵機(jī)，通過 T 型推桿進(jìn)行傳動。?
?這機(jī)器人別看小，肚子里一點(diǎn)空間都沒浪費(fèi)，被稚暉君塞得滿滿的。真是強(qiáng)迫癥的福音啊。?而機(jī)器人的底座則使用鋁 CNC 進(jìn)行加工。?下一步，就該到電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)了。?稚暉君使用了 Cortex-M4 內(nèi)核 MCU，STM32F4。用于驅(qū)動屏幕和控制舵機(jī)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，稚暉君在電路上添加了高速的 USB-PHY 芯片，成功將理論通信速率提高到了 400Mbps。而最后實(shí)際的最高通信速率也有 300Mbps。?
?這個速度遠(yuǎn)高于 UART、I^{2}C、SPI 等短總線。這也給后續(xù)的軟件開發(fā)提供了更多可能性。?主控板的設(shè)計(jì)相對就比較簡單了，兩層 PCB 就搞定了。這樣體積就做到了最小，和屏幕的面積保持了一致。?機(jī)器人的身體內(nèi)部也有一個傳感器的板子，包括一個攝像頭，還有一個紅外手勢傳感器。?還有一塊驅(qū)動板。因?yàn)槭忻嫔系亩鏅C(jī)只能接收 pwm 信號，進(jìn)行角度控制。?這就有問題了。?在這種情況下我們只能發(fā)送指令，讓舵機(jī)運(yùn)動，卻不能接收指令，從而知道它的運(yùn)動狀態(tài)。同時，想要讓舵機(jī)進(jìn)行反驅(qū)，就必須能讓舵機(jī)隨時進(jìn)行輸出力矩的切換。?傳統(tǒng)舵機(jī)雖然做不到這一點(diǎn)，卻難不倒心靈手巧智商高的稚暉君。他對市面上的傳統(tǒng) 3g 舵機(jī)魔改了一通，設(shè)計(jì)了一個迷你的舵機(jī)驅(qū)動器。?
?這個小驅(qū)動器支持?I^{2}C?總線通信，PID 閉環(huán)控制，位置回傳，還能設(shè)置最大的輸出力矩，斷電儲存參數(shù)等等。?這樣一來，原本 6 個普普通通的舵機(jī)，被稚暉君巧手一點(diǎn)，就成了 6 個熱乎乎的智能舵機(jī)。?到這里，所有的硬件該有的都有了，也就該組裝了。?
?看完稚暉君的組裝過程，小編不得不感嘆一句，誰說理工男是直男，只是他沒對你細(xì)膩而已。整個組裝過程一般人真搞不定。?稚暉君給自己設(shè)計(jì)的小機(jī)器人起名叫 Electron（電子）。Electron 通過 USB 線和計(jì)算機(jī)相連，作為計(jì)算機(jī)的配件。?換句話說，機(jī)器人叫「電子」，那通過 USB 連接的計(jì)算機(jī)就是「電子」的「腦子」，簡稱...?「電腦」?。?/span>?
?如果只是將其當(dāng)成一個播放器的話，這個機(jī)器人和之前提到的那些沒有太大區(qū)別。?畢竟，稚暉君設(shè)計(jì)它的初心就是想把它作為一個工具機(jī)器人兼電腦配件，讓其能發(fā)揮一些更加實(shí)用的功能。?他給電子開發(fā)了一套完整的、多層次的開放 SDK。?
?最上層是 Electron Studio，屬于純圖形化的交互。?如果想用自己寫的程序控制電子的話，稚暉君還提供了 Electron Player 庫。只通過極其簡單的代碼，便可鏈接和控制機(jī)器人，還可以設(shè)置播放內(nèi)容。?如果還想以更硬核的方式進(jìn)行二次開發(fā)，稚暉君還提供了更底層的 Electron LowLevel 庫。?對此，稚暉君還做了一個范例，通過調(diào)節(jié)機(jī)器人右手實(shí)現(xiàn)控制電腦音量和亮度。?利用機(jī)器人機(jī)身搭載的攝像頭和紅外手持傳感器，開發(fā)了通過 AI 算法識別手勢的程序。?
?當(dāng)擺出不同手勢類型，就可以打開預(yù)先設(shè)定好的程序，或者切換桌面。?最有意思的一個應(yīng)用是，稚暉君基于 OpenPose 開發(fā)了一個程序，用于單目的人體關(guān)鍵點(diǎn)檢測。?如果有 2 臺機(jī)器人的話，就可以視頻了，而且你還可以通過手勢控制機(jī)器人運(yùn)動。?
?稚暉君還給這個應(yīng)用起了一個特別的名字「量子糾纏」。?最后，稚暉君還順便給電子做了一個收納盒，太精巧了。?
代碼開源
視頻末，稚暉君附上了軟硬件開源地址：https://github.com/peng-zhihui/ElectronBot?此前他做的可以自動駕駛的自行車、機(jī)器臂等等，每個項(xiàng)目都會耗費(fèi)很大精力，再加上稚暉君也有自己的本職工作。?
網(wǎng)友：重新定義「軟核」
?重新定義「軟核」?
?有網(wǎng)友希望下次稚暉君可以出一期「如何高效學(xué)習(xí)」的視頻。?
?參考資料：
?https://b23.tv/SYUguUw
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