【天才设计】华为天才少年稚晖君自制电脑配件——硬萌机器人 ; s, ]+ g4 C1 ~2 a" v- n 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。 4 b2 w2 A, s' @% M% I, 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?/ p% l$ p* F) R 这次的项目叫ElectronBot,是个支线项目。稚晖君表示,整体难度不高。 : u6 @# p7 b; m: d 不如先看看整体效果如何? 7 R! v" F. k# F( y9 { 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。」 0 v4 q, @3 L; j' X# {# X. c 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。 9 S. j6 Z0 T/ y7 k, N+ \* d. i$ Y5 I 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 P& a4 N% Y9 l9 P 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。 8 b0 _0 P0 ~# r; V" o4 t9 L 他打算自己设计一台桌面型的迷你机器人。& z# H. M2 N" }& i. u ! ]! A) s& O& s, V6 S' 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。」 a8 ]2 f# Z+ N4 E ] 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。 , Q3 T' e6 K8 [ 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。8 T- |9 R) E" F* h 3 F& H. u' P# P, M& R; M2 A; N# u# e 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。" u8 k. T1 B* X% ]. m & f( o% @0 ~! E$ x- h% f2 H% B 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。 * ]) k& m0 A6 |; u- o: S4 v 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。: r, ]% g, E4 P G4 ]1 o' _2 E+ l( M M C' G; n& Y 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。 g, x% v: Y: y* N 5 {- \/ d( V, U 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。5 {+ j8 N" K7 L6 X+ p* b1 z 而机器人的底座则使用铝CNC进行加工。4 m% y2 W/ l* A . R$ f( f" @5 B! r( a! V6 [- a 下一步,就该到电路设计环节了。. w" g! k+ k* c7 n! }1 R: P1 T& ~ ! n1 Q. N! k6 X S( ]9 \/ l 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。8 ]) k7 Z/ d1 I: i! V4 c 7 L4 b6 d4 X3 _3 D% A; h" |, T8 Z5 l" o 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。 ! I0 S3 W. u! v1 G3 V. ~7 s$ x 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。7 j. D4 G7 Z$ V" X3 _ . `% G& D) F1 n' {6 Q9 S 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。+ v) w2 f- z+ t6 Z + M- q: S& g# K% j ~9 E% Y" }7 [, w7 K1 g$ Y# N/ ` 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。 9 x. o6 g! i" m! J7 z5 S+ E 这就有问题了。 , B( w2 e! ~# j, e& O% V 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。: L+ ^7 @3 R/ G- Y7 g + R1 T! Y1 u5 S* _0 Y 5 B# R k2 v8 Q6 @0 u1 B+ y$ H% j1 L1 x 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。 : z/ Z3 k6 M% e/ @0 R9 Q, t7 |3 i' S 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。$ a5 Y1 ?4 ^# t( y. { 到这里,所有的硬件该有的都有了,也就该组装了。! x- I7 h2 {6 ? 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」!? 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。 0 b6 M1 V1 g, _0 j7 e9 U 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。6 h8 m+ Q* n3 x6 M r; ?# H 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。% ~& `7 e9 b3 l3 M' r( g* J 2 W5 a1 m* V$ w , n7 r! D! X; o. I 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。 5 m7 i8 |; M% V2 M9 A0 r 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。 9 S/ w5 l; b- A+ U/ } 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。& e9 I: W& r) t: B$ p ! ]; y, | S0 F1 ~5 r 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。; b7 o- X. D3 P 视频末,稚晖君附上了软硬件开源地址:$ h& Y0 h% u8 }6 ^ https://github.com/peng-zhihui/ElectronBot: ^2 L Z3 t9 e1 E 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。 |
STM32固件库分享,超全系列整理
【中文文档】AN3965_STM32F40x和STM32F41x基于串口的IAP
STM32F4-DISC 实现USB主机(U盘)和USB设备(虚拟串口)自动切换
STM32F4中文用户手册
基于STM32F407的FreeRTOS阶段性的总结(13)
STM32F400、STM32F402 Cortex-M4超值单片机
基于STM32F407的FreeRTOS获取各任务运行时间及占用情况(4)
基于STM32F407的FreeRTOS任务的挂起与恢复(3)
基于STM32F407的FreeRTOS任务的创建与删除经验分享(2)
基于STM32F407的FreeRTOS环境搭建经验分享(1)