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        華為天才少年稚暉君自制硬萌機器人，開源 5 天，GitHub 收獲 2900 星！
        共
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                    7分鐘
                
         ·
        2022-05-18 20:49
        
            
        來自新智元

        大家好，我是小 G。

        你們還記得上次那個「全棧自研」的給葡萄縫針的鋼鐵俠機械臂 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」。
         
        這次的項目叫 ElectronBot，是個支線項目。稚暉君表示，整體難度不高。
         
        不如先看看整體效果如何？
         

        「電子」機器人如何造？
         
        在開始項目之前，稚暉君簡單介紹了一下選擇這個項目的動機。他戲稱：「這是一個撿到一個鼠標墊，想配一臺電腦的故事。」
         
        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器人「Robi」等等。
         
         
        但是稚暉君卻表示，這些機器人功能太單一，擴展性和開放性還不強。
         
        他打算自己設(shè)計一臺桌面型的迷你機器人。
         
        上述的迷你機器人，受限于體積等因素，本身計算能力并不強。并且想要實現(xiàn)稍微智能點的交互，還得依賴手機的芯片。稚暉君銳評：「不夠優(yōu)雅，也不夠?qū)嵱??！?/span>
         
         
        他想設(shè)計一款無需充電、隨時待機、有強大計算能力的機器人。
         
        他想到了一個辦法，就是把這臺機器人設(shè)計成一臺電腦的配件。那么就可以獲得電腦上的應用程序、擁有其強大的算力、還能時刻連著 USB 充著電。
         
        有這等好事，機器人聽了都直點頭。
         
        因為 LCD 屏幕是圓形的，一臺圓潤可愛科幻風的機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 個舵機他真塞。這可不簡單，機身這么小，稚暉君想了很多有創(chuàng)意的傳動方案。
         
        他希望機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，因此只能把舵機都裝到肚子里去。
         
        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身中把動力從舵機傳遞到手臂，還要能實現(xiàn)動力雙向傳遞的問題，他設(shè)計了一種獨特的結(jié)構(gòu)。
         
        手臂前后的運動由一個舵機通過齒輪嚙合進行傳動，而另一個正交方向的運動，則由另一個舵機，通過 T 型推桿進行傳動。
         
         
        這機器人別看小，肚子里一點空間都沒浪費，被稚暉君塞的滿滿的。真是強迫癥的福音啊。
         
        而機器人的底座則使用鋁 CNC 進行加工。
         
        下一步，就該到電路設(shè)計環(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。而最后實際的最高通信速率也有 300Mbps。
         
         
        這個速度遠高于 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。因為市面上的舵機只能接收 pwm 信號，進行角度控制。
         
        這就有問題了。
         
        在這種情況下我們只能發(fā)送指令，讓舵機運動，卻不能接收指令，從而知道它的運動狀態(tài)。同時，想要讓舵機進行反驅(qū)，就必須能讓舵機隨時進行輸出力矩的切換。
         
        傳統(tǒng)舵機雖然做不到這一點，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 舵機魔改了一通，設(shè)計了一個迷你的舵機驅(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，被稚暉君巧手一點，就成了 6 個熱乎乎的智能舵機。
         
        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)計的小機器人起名叫 Electron（電子）。Electron 通過 USB 線和計算機相連，作為計算機的配件。
         
        換句話說，機器人叫「電子」，那通過 USB 連接的計算機就是「電子」的「腦子」，簡稱...
         
        「電腦」！？
         
         
        如果只是將其當成一個播放器的話，這個機器人和之前提到的那些沒有太大區(qū)別。
         
        畢竟，稚暉君設(shè)計它的初心就是想把它作為一個工具機器人兼電腦配件，讓其能發(fā)揮一些更加實用的功能。
         
        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。只通過及其簡單的代碼，便可鏈接和控制機器人，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)機器人右手實現(xiàn)控制電腦音量和亮度。
         
        利用機器人機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。
         
         
        當擺出不同手勢類型，就可以打開預先設(shè)定好的程序，或者切換桌面。
         
        最有意思的一個應用是，稚暉君基于 OpenPose 開發(fā)了一個程序，用于單目的人體關(guān)鍵點檢測。
         
        如果有 2 臺機器人的話，就可以視頻了，而且你還可以通過手勢控制機器人運動。
         
         
        稚暉君還給這個應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、機器臂等等，每個項目都會耗費很大精力，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「如何高效學習」的視頻。
         
         

        參考資料：
         https://b23.tv/SYUguUw

        版權(quán)申明：內(nèi)容來源網(wǎng)絡，版權(quán)歸原創(chuàng)者所有。除非無法確認，都會標明作者及出處，如有侵權(quán)，煩請告知，我們會立即刪除并致歉!

        
          
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