仅花50美元几个小时做出机器人?小型智能机器人制作全攻略来了

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一说及制造机器人,好多人的脑袋瓜里便会不由自主地浮现:弄一个AlphaGo替自己去参加世界各处的围棋竞赛多赢些奖金!又或者打造个波士顿动力的机器人Atlas,它会爬行、能跳跃还能够翻滚跟头,并且能够帮着抬抬重物、捶捶肩膀...心里美美的~心里美美的~。

欸呀,情况是这样的:打算去弄这么一个超厉害的机器人,这难道不需要技术特别厉害、设备特别齐全、人手特别充足吗,并且工序繁杂琐碎,耗费个三五年时间,而且价格还不便宜呢…干嘛自找麻烦呀?(摊开双手)。

然而,就在最近这段日子,那些来自英特尔的科研人员Matthias Muller以及Vladlen Koltun,仅仅花费了不到50美元(大概350元人民币),在短短几个小时以内,轻轻松松地随手操作一番就制造出了一个机器人!

这台机器人究竟是何方神圣呢?请看下图:

这个机器人走得还挺快?长得还挺像个可爱的小女孩?

哦看错了,是那个蓝色的迷你轮式小机器。

缘何将其称作“机器人”呀?是由于它具备一个智能的大脑,猜猜那是什么呢?

万万没想到:居然是我们手上正拿着的手机!

它存在着另外一个具备酷炫特质的名字,这个名字是OpenBot~我们暂且运用亲切的方式给它塑造一个小名,诸如Bobo或者“波波”。以下由AI科技评论针对大家来介绍一下Bobo那真实的面貌:

神奇的诞生

领域之中,机器人那里,一直都是有着两大难题存在着,一个方面在于普及性,也就是accessibility,另一个方面呢则是可拓展性,即scalability。因为制造的时候成本表现得高昂起来,而且过程呈现出繁琐的状态,所以机器人朝着大众普及这件事情上存在困难。Muller与Koltun去研究OpenBot,恰恰就是为了解决机器人技术的这两个如同“绊脚石”一般的问题!

他们在共同发表的论文《OpenBot:将智能手机变成机器人》里提到,把智能手机当作给机器人的大脑提供动力的事物,在与简单的3D打印底盘组装之后,仅仅花费50美元,就能够打造出一个,能够跟随人员,还能进行实时自主导航的机器人 。

制造OpenBot,其过程并非复杂,要给机器人配备传感器,还要配备计算设备也就是computation,也要配备通信设备也就是communication,并且要给予对开放软件生态系统也就是open software ecosystem的访问权限哦。

综上所述,所需支出清单如下:一个经由3D打印而成的底座,价格为5美元;四个轮子,价值3.5美元;三节电池,共计7美元;两个速度传感器,需花费2美元;一个马达驱动器,价格是3美元;一个微控制器,价值8美元 。

正是由于当下智能手机自身功能日益强大,手机在相机质量、处理器速度等方面持续提升,所以才选用手机作为Bobo的大脑。哪怕是商业手机,也配备了惯性测量单元、GPS、Wi-Fi、蓝牙、蜂窝调制解调器以及针对AI神经网络模型Inference的专用芯片。并且有些手机配件所具备的性能,比电脑处理器还要卓越!

研究人员把智能手机插入到电机体当中,该电机体主要被用于传感,用于数据融合,用于计算。除此之外,底盘最多能够容纳四台马达,并且它还留出了一些空位,这些空位是用来安装控制器的,是用来安装微控制器的,是用来安装LED灯的,是用来安装智能手机安装座的,是用来安装USB数据线的。

充电之时,电池组与专门充电端口相连,此连接用于向马达供电,且有一块Andruino Nano板,它是基于易用硬件和软件的开源电子平台,通过USB与智能手机配对,能向机器人 제공串行通信链路,还能给予电量。

机器人的两个前轮,配备了能传送测距信号的传感器,其还有与马达连接的引脚(pin),可实时调整速度和方向。

Bobo的软件堆层相对简单,只含有两个借助串行链接来通信的组件。对于操作人员而言,可以在智能手机上安装一个安卓app,接着通过app的界面,在开展更高级别的感知以及掌控工作量之际进行数据集的收集。另外,在Arduino上运行的程序能够实施简单的驱动,还能测量里程计与电池电压等情况并进行测量。

安装安卓app之后,OpenBot还可借你们现已有兼蓝牙设备功能的PS4,Xbox以及Switch等游戏控制器来操控,控制器上键钮能设功能,于寻找路径模型里做数据收集与交换,这些模型含易于上手的自动导航模型,可为追踪检测机器人视线范围当中诸人员 。

整个组装的过程,它也是十分简单的,仅仅只需要坐在桌子前面,然后去进行“动手”这个动作就行,哪怕是那些并没有那么具备心灵手巧特质的人,只要能够拿出拼图时所拥有的耐心,想必也是具备完成的可能性的 。

这样一台简单的机器人,效果究竟如何呢?

研究人员使用了包含中端手机的多种设备,如小米Note 8、华为P30 Lite、小米Poco F1等来试测,像上图呈现的那样,能够达成以每秒10帧或者更快的速率跟踪人员活动,这是由于这些手机配备了专门的AI加速器。哪怕是配置最差的诺基亚2.2,也能够成功检测到目标人员,并且跟踪目标对象长达大约一半测试时长,。

在自主导航任务中,它还能够巧妙地躲避办公区走廊的盆栽植物。

手把手教程已开源

智能手机机器人制作_小型智能机器人制作全攻略_OpenBot机器人开源教程

向前方提及过,整个机器人的成本,将手机排除在外,是少于50美元(350元人民币)的。机器人的身体所采用的是3D打印零件,以及配备的一台智能手机(二手旧手机是可行的)。

上图为作者5量车的零件批发价格

机器人背后所蕴含的技术,已然是以论文的形态予以公布了,而关于其制作环节的具体步骤,作者同样是在GitHub这个平台之上实施了开源操作。对于相关的零件,也明确给出了购买的途径渠道,就连3D打印所用的图纸,也是毫无保留地良心放出,甚至进一步还给出了3D打印机在执行任务时的参数设置细节要点。

GitHub的地址是,https://github.com/intel-isl/OpenBot/tree/master/body 。

这篇论文的地址是,https://arxiv.org/pdf/2008.10631.pdf 。

与此同时,还给出了20个在安装过程当中需要注意的事项,这真的能够算得上是良心的手把手教程了:比如说,要是有必要的话,得把电线连接到马达之上;另外,要将速度传感器以及超声波传感器连接到5V和GND等人。

此论文里,作者亦阐述了运用智能手机的缘由,那便是智能手机的优势并非仅限于快速提升的硬件能力,而且还饱含着蓬勃发展的软件生态系统。

智能手机在相机质量方面持续增进,在处理器速度方面不断提升,它配备了GPS,配备了Wi-Fi,配备了蓝牙,配备了蜂窝调制解调器,还配备了用于AI推理的专用芯片,而且有些性能甚至于比台式处理器还要优越。

对于整个小型电动车(机器人)而言,它总共被划分成两个部分,其中的第一部分是硬件,意思就是那些50美元就总共能够搞定的零件,而第二部分则是软件堆栈,它所具备的功能是,能够让智能手机把小车当作机身,并且还能够达成实时感知以及计算的移动导航 。

硬件的构造涵盖着机械设计以及电路设计这两个部分,机械设计呈现出如下图示这般 ,。

电路设计呈现为如下这般模样:顶部涵盖了电池,还有电机控制器,与此同时包含微控制器,以及速度传感器,再者有指示灯LED,另外还有智能手机;底部包含着,可供选择定制的PCB,以此来减少布线。

软件堆栈涵盖两部分:名为安卓应用的一部分,以及名为Arduino程序的另一部分。其中,安卓应用于智能手机上开展运行活动,能够提供操作界面,负责收集数据集,运行高阶的感知和控制任务。Arduino程序承担低阶的驱动和度量工作,比如度量车轮里程、监控电池电压等等。

软件开发以及硬件配备全面完成以后,英特尔的科研人员着手对机器人展开训练,他们所期望达成的目标是,让机器人得以切实完成两项任务,其中一项任务是对行人进行跟踪,另外一项任务则是实现自动导航 。

在行人跟踪任务里,研究工作人员把SSD对象检测器跟预先经训练好的MobileNet主干放一起运用。此外,为了探究推理时间所产生的影响,作者采用了两个不同版本的MobileNet,也就是最初的那个MobileNetV1以及最新的MobileNetV3。另外,这两个模型均对COCO数据集展开训练。

驾驶策略的训练流程

在自主导航任务开展期间,研究人员运用了一个神经网络,该神经网络类似于“条件模仿学习的命令输入变体(command-input variant of Conditional Imitation Learning)这样的形式”,借助此神经网络训练出了一个驾驶策略,此驾驶策略能在大多数智能手机上实行实时运行。除此之外,研究人员把这个驾驶策略跟现有的驾驶策略进行了比较,获得了跟基线相似的性能,并且所需参数减少了大概一个数量级 。

OpenBot出现了,有希望在全球范围内去部署成千上万个低成本的机器人,这能给机器人教育以及大规模学习带来新的机会。

博文视点赠书福利

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