華為天才少年稚暉君自制硬萌機器人，開源5小時，GitHub收獲317星
重新定義「軟核」
失蹤人口回歸了！華為「天才少年」稚暉君這次帶來了一個又萌又硬的桌面小機器人ElectronBot。
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？
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，稚暉君的DNA動了。
簡單的手表、掛件已經滿足不了他了。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：「不夠優雅，也不夠實用。」
他想設計一款無需充電、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，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，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，還要能實現動力雙向傳遞的問題，他設計了一種獨特的結構。
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，就該到電路設計環節了。
稚暉君使用了Cortex-M4內核MCU，STM32F4。用于驅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。這也給后續的軟件開發提供了更多可能性。
主控板的設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。同時，想要讓舵機進行反驅，就必須能讓舵機隨時進行輸出力矩的切換。
傳統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3g舵機魔改了一通，設計了一個迷你的舵機驅動器。
這個小驅動器支持 I^{2}C 總線通信，PID閉環控制，位置回傳，還能設置最大的輸出力矩，斷電儲存參數等等。
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別。
畢竟，稚暉君設計它的初心就是想把它作為一個工具機器人兼電腦配件，讓其能發揮一些更加實用的功能。
他給電子開發了一套完整的、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，還可以設置播放內容。
如果還想以更硬核的方式進行二次開發，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，通過調節機器人右手實現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開發了一個程序，用于單目的人體關鍵點檢測。
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。
視頻末，稚暉君附上了軟硬件開源地址：
https://github.com/peng-zhihui/ElectronBot
才剛剛發布沒幾個小時，都已經有90個star，還有6個fork了。
不得不說，天才少年的實力太強了。
具體使用說明，稚暉君表示自己會稍晚點補充，先補個覺。
包括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。
重新定義「軟核」
有網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
本文來自微信公眾號“新智元”（ID:AI_era），作者：新智元，36氪經授權發布。
