华为天才少年教你造又萌又硬的mini机器人，有手就行！

大数据文摘转载自机器人大讲堂

时隔5个月，那个男人带着最新作品回来了！没错，他就是以一己之力打造出“自动驾驶自行车”、“精致而功能齐全的机械臂”等杰出作品的“华为天才少年”稚晖君。

他这次带来的作品一改以往的硬核风格，是一枚外形呆萌但功能依然硬核的机器人：ElectronBot（电子）

电子机器人

众所周知，稚晖君一直对小巧而精致的东西有着迷之执着。

其实呢，在市面上也已经出现过很多的mini机器人，例如早些年很火的，但是现在已经倒闭的 Anki Vector

Anki Vector

丰田推出的对话机器人 Kirobo Mini

Kirobo Mini

借此，稚晖君也想设计一个功能丰富的桌面级mini机器人

之前提到的这些机器人由于体积的原因，导致计算能力、续航等方面会受到很多的限制。

它们要么只能实现固定程序的一些简单功能，要么需要连接手机，借助手机端芯片和网络能力来实现一些交互，但是稚晖君觉得这些都不是非常优雅和实用的使用场景。

那么有没有办法让小机器人无需充电，随时待机，又具备强大的计算能力呢?

答案就是把它变成一个电脑的配件，我们的桌面级PC，有着比手机强大许多倍的算力，丰富的接口，无数的应用程序，而且还可以随时通过USB给机器人供电，这样之前的那些问题就不用担心了。

电脑图

下面来看看他是如何实现的吧！

作为一款mini型机器人，稚晖君选用了小巧的3g传统舵机作为执行单元，并进行了一定的改造，其次我们需要通过USB和电脑进行取电以及通信，还有一部分是显示方面的驱动。

项目框架图

结构方面，为了配合圆形屏幕的特点，稚晖君把设计风格设定为圆润可爱的科幻风，双臂可动，而且有两个自由度，头部和身体也各有一个自由度。

结构方面最大的亮点在于手臂的传动方式，如何使机器人的手臂是可以同时进行前后和左右旋转？

他是这样设计的：手臂前后的运动由一个舵机，通过齿轮啮合进行传动，而另一个正向方向的运动则由另一个舵机通过一个T形推杆进行传动

传动结构图

结构设计完了，接下来就是电路部分了，主控板采用的两层板设计，体积做到了最小，和屏幕的面积一致。

电子主板图

本项目使用到的 Cortex-M4 内核MCU ：STM32F4

用来驱动屏幕和控制舵机以及进行USB 通信，由于芯片本身的USB功能，只支持低速或者全速的USB，为了提高通信速率，他在电路上添加了高速的USB-PHY芯片，将理论通信速率提高到了 400Mbps。

实际速度也有300Mbps，这个速度是远高于 UART、I2C、SPI等短总线的，而这也为后续的软件开发提供了更多的可能性。

USB-CDC协议图

还有一块放在身体里面的传感器板子，这上面还搭载了一颗摄像头，以及一个红外手势传感器。

摄像头板

用过舵机的同学应该都知道，市面上的舵机大多数都是只能接收pwm信号，然后进行角度控制，这会存在两个问题：

其一：我们只能给舵机发送指令让它动作，而无法接收指令，知道它的运动状态。

其二，他希望舵机能够进行反驱，也就是说需要舵机能够随时输出力矩的切换。

为了解决以上问题，稚晖君对舵机进行了一顿魔改，于是，设计出了下面这块巨迷你的舵机驱动器。

舵机驱动器

它支持I2C总线通信，PID闭环控制，支持位置回传，也可以设置醉倒的输出力矩，而且可以断电储存参数等等。

硬件具备，接下来开始组装

零件图

使用加热台焊接主板

加热台焊接

舵机驱动板

组装过程1

组装过程2

组装过程3

最终的效果是这样：

完成后，我们一起来看看它能实现哪些功能呢？

电子的本质可以看做是一个会动的mini显示屏，它接收电脑端服务，给他发送的信息，进行动画显示，而且可以控制各个关节进行运动。

为了能够进行更直观的交互，稚晖君开发了一个电脑端的上位机，ElectronStudio，作为最上层的SDK，在软件里面我们可以看到电子的数字孪生                         。

左边有滑动条，可以改变每个关节的状态，右边显示的是机器人上面搭载的实时相机画面。

下面这一排是重点，主要用于编辑动作和表情序列的时间轴，方便进行傻瓜化的编辑。

而且他还将Electron Studio移植到了手机上。

大家可能认为，这样一个一个设置滑动条也太麻烦了，还记得之前提到的改造舵机吗？这就是为了使舵机能够反驱做准备。

在软件的右上角有一个切换开关，当把它达到模型优先时，就是刚刚机器人同步软件里面动作的效果，而如果我们把开关达到实体优先呢？

于是软件里面的模型，就会同步我们机器人实体的动作，通过这个方式，可以直接调整机器人的姿势，然后软件里面记录关键帧即可，有创意的同学还可以给机器人编套舞蹈！

到这里，我们看到了ElectronBot的基本工作，而稚晖君的初心是想把这个机器人当做一个工具机器人兼电脑配件，发挥一些更实用的功能。

稚晖君为电子开发了一套完整的，多层次的开放SDK，前面演示了最上层的SDK，是Electron Studio，也就是纯图形化的交互。

如果，你还希望能够以更硬核的方式进行二次开发，那么他在SDK中还提供了更底层的Electron LowLevel 库，可以在自己的程序中，直接进行USB字节流级别的数据处理，并且拿到各种传感器的原始数据。

比如，稚晖君结合AHK脚本写了一个程序，可以把电子当做一个外接电脑输入设备，来模拟键盘的按键，如实可以通过抬起电子的左手调节电脑音量，右手调节亮度，屏幕上显示的则是电脑的性能检测信息。

到这还没完，稚晖君利用电子机身搭载的摄像头和红外手势传感器，开发了这样一个程序，通过AI算法识别手势的类型，来打开预先设定的不同程序，或者切换桌面。

再比如，他还基于OpenPose开发了一个程序，用于单目的人体关键点检测，那么这有什么用呢？

如果我们有两台一样的机器人，那么就可以把它当做视频聊天的摄像头设备，与通常的摄像头不同的是，它不仅能够采集你的图形，而且可以实时把你的脸抠出来显示上去，甚至同步你的动作，稚晖君把这一部分应用取名为“量子纠缠”。

看到这，是不是有点意犹未尽呢？感兴趣的话，大家可以自己动手做一个呢，可能你会觉得比较复杂，没关系，正如稚晖君所说，十年前他也是一名菜鸟，但是凭借着心中的热爱，把自己当做一头沙漠中的鸵鸟，把自己的头沉进沙漠，最终发现了沙漠底下的星辰大海！十年饮冰，难凉热血！

感兴趣的同学可以一起来复刻这个有趣的项目哦，软硬件资料全部开源在：

https://github.com/peng-zhihui/ElectronBot

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