停更近三个与的华为“天才少年”稚晖君又更新视频啦！这次他自制了一个又萌又硬的桌面小机器人ElectronBot，稚晖君表示这是个支线项目，整体难度不高。
EDN小编就带大家来看看这款桌面小机器人是如何打造的，最终功能效果如何？
普通机器人功能单一开放行不强，稚晖君开脑洞
众所周知，稚晖君的主线任务都是自我挑战和学习的内容，但是因为这些项目都是边学边做的，而本次更新的项目动机， 稚晖君戏称：“这是一个捡到一个鼠标垫，想配一台电脑的故事。”
稚晖君热衷于收集各式各样的“屏幕”。这次他淘来了一块圆形的LCD屏幕，于是他的DNA动了，想着是不是能用来做点有意思的玩意。
简单的手表、挂件同质化太多，且没有创意已经满足不了他了，对机器人感兴趣的他打算做一个新颖的、“又萌又硬”的机器人。
他很早之前就开始关注mini机器人，如早些年很火但如今已倒闭的“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。但稚晖君却认为这些机器人功能比较单一，扩展性和开放性还不强。
此外，迷你机器人受限于体积等因素，本身计算能力并不强，要么只能实现固定程序的一些简单功能，要么就是需要连接手机，借助手机芯片和网络功能，来实现稍微智能点的交互，如语音对话。稚晖君表示 ：“不够优雅，也不够实用。”
他想设计一款无需充电、随时待机、有强大计算能力的桌面型的迷你机器人。
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。
硬件设计
首先梳理一下需求，既然是机器人，那肯定是要能动的，因此要配备一套执行单元，此外，他希望在小小的机身内实现尽可能多的运动自由度，这里就涉及到对传统舵机的改造，其次需要通过USB和电脑进行曲点以及通信，这里就涉及到USB高速协议和接口开发以及驱动程序的定制，最后小圆LCD屏幕得用起来，显然就是头部的显示面板，至于它具体要显示什么内容，后面会给出很多有意思的案例。需求确定后，开始硬件方面的设计。
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。
整个圆形屏幕作为全面屏的显示面板，双臂可动，而且分别有两个自由度，身体和头部也各有一个自由度。
稚晖君表示，这是他第一次尝试用T-Spline曲面建模。而且为了在这么小的机身内塞下6个自由度的舵机，他尝试了一些很有创意的传动方案。
比如他希望机器人的手臂可以同时前后和左右旋转，但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。同时，稚晖君还希望手臂的两个自由度可以进行反驱，所以就不能使用弹簧扭簧这种方案了。
如何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呢？他设计了一种独特的结构。
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。
机器的肚子全被塞满，而且进行验证实际效果也不错，而机器人的底座则使用铝CNC进行加工。
下一步是电路设计环节
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。
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。由于MUC本身的主频显示，最后实际的最高通信速率也能达到300Mbps。
这个速度远高于UART、I2C、SPI等短总线，这也给后续的软件开发提供了更多可能性。
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。
除了放在机器人头部的主控板，机器人的身体内部也有一个传感器板子，搭载了一个摄像头，以及一个红外手势传感器。
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。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，稚晖君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。
因此稚晖君对市面上平价的几乎最小的传统3G舵机进行了魔改，设计了一个这个迷你的舵机驱动器。
这个小驱动器支持I2C总线通信，PID闭环控制，位置回传，也能设置最大的输出力矩，断电储存参数等等。
这样一来，原本6个普普通通的舵机，就被该成了6个智能舵机。
到这里，所有的硬件该有的都有了，也就该组装了。
因为本体非常迷你且圆润，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。
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”……
稚晖君表示本次项目的硬件并不复杂，重点在于软件端，接下来就是写BUG的阶段，包括屏幕的驱动代码，多级的驱动固定件，USB CDC协议的设备枚举和驱动定制，以及最重要的SDK设计，那完成软件开发后，“Electron（电子）”具体能干什么呢？
“电子”的本质可以看作是一个会动的迷你显示屏，它接收电脑端服务给它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。
为了能进行更直观的交互，稚晖君开发了一格电脑端的上位机，Electron Studio作为最上层的SDK，在软件里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，下面一排重点编辑动作和表情序列的时间轴，因此我们可以进行非常傻瓜化的编辑，而且所得即所见，下面每一张图片都是时间轴上的一个关键帧，可随意插入、添加、删除、修改任意帧。
此外，大家还记得稚晖君前面说的希望舵机能够进行反驱吗？
软件右上角有一个切换开关，当把它调到模型优先时，就是刚刚机器人同步软件里面动作的效果，但如果把开关调到实体优先，软件里的模型就会同步机器人实体的动作。
以上是机器人最基础的功能，但如果只是当一个播放器的话，“电子”就跟前面提到的那些机器人没有太大区别了，而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。
于是他给电子开发了一套完整的、多层次的开放SDK。
前面演示的最上层是Electron Studio，属于纯图形化的交互。
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。
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，你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，同时由于代码都是运行在电脑主机上的，因此程序结合SDK几乎可以在电脑上做任何事情。
对此，稚晖君还做了几个简单范例，其一，结合AHK脚本写了一个程序，可以把电子当作一个额外的电脑输入设备来模拟键盘的按键，通过调节机器人的左右手实现控制电脑音量和亮度。
其二，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。
当摆出不同手势类型，就可以打开预先设定好的程序，或者切换桌面。
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。
如果有2台机器人的话，就可以当作视频聊天的摄像头设备，与普通摄像头不同的是，它不仅可以采集你的头像，还可以把你的脸抠出来显示上去，甚至同步你的动作。
稚晖君还给这个应用起了一个特别的名字“量子纠缠”。
最后， 视频末，稚晖君附上了软硬件开源地址：
https://github.com/peng-zhihui/ElectronBot
- 这个集硬件，软件，机构设计完全一个人完成。太牛了！高山仰止！
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