将你的手机变成可编程AI机器人丨英特尔出品

只需要400块不到,就能拥有一个可编程的AI小机器人,而且还能用手机控制?

这就是英特尔实验室(Intel Lab)最新公布的研究成果OpenBot

将你的手机变成可编程AI机器人丨英特尔出品

作为一个小型电动汽车,它可以被植入AI目标检测算法,实时跟踪行人或者目标物体。

例如,跟着家里的小朋友出去遛弯:

将你的手机变成可编程AI机器人丨英特尔出品

不仅如此,还能自动导航

像是在办公室避开障碍物,甚至化身一个小小的摄像机,把拍摄到的东西记录下来:

将你的手机变成可编程AI机器人丨英特尔出品

而这一切,只需要你自己的手机,再加上成本总共不到400元的3D打印零件!

下图是小车需要所有零件,包括3D打印车身、速度传感器、电池……

将你的手机变成可编程AI机器人丨英特尔出品

据了解,在这款机器人研发出来之前,传感器性能较好、设备配置较先进的机器人,基本需要2000-5000美元的配置;

即使是家用的小型手机可编程机器人,配置也需要250美元左右,实时传感的效果还不太好。

研究者们表示,其实全球超过40%的人都拥有智能手机,如果利用上手机的性能,这个成本50美元的小机器人的确不难实现。

况且,OpenBot的所有程序开源,哪怕是想要自己动手配置一个,似乎也不是问题?

下面来「解剖」一下这个机器人。

软件:两大功能

1、跟踪行人:目标检测算法

事实上,跟踪行人的设计,采用的是目标检测SSD算法,配置MobileNet的神经网络框架。

MobileNet-SSD目标检测算法框架的优势在于,它真的非常小,加上整个网络结构,算下来也就30MB不到。

将你的手机变成可编程AI机器人丨英特尔出品

SSD算法的先验框,根据目标形状选框的形状

无论是安装在手机上,还是树莓派上,这个算法都是移动设备进行AI目标检测算法的好选择。

当然,目标检测毕竟只是图像级,如果需要达成跟踪效果,还需要一个小算法,使得程序能周期性运行,达到「实时检测」的效果。

2、自动导航:只需要1.3M参数

事实上,此前能实现自动导航的软件参数量达到了9.1M,而英特尔实验室的研究人员将这个程序的参数量进一步缩小到了1.3M,直接减少了7倍的参数量。

这个程序同样是实时的,通过设计一个神经网络,类似于命令行输入变量的条件模仿学习,实现了这个「自动导航」的驾驶策略。

而且,只需要30分钟,就能训练好这个网络。从整体软件部分来看,设计是这样的:

将你的手机变成可编程AI机器人丨英特尔出品

在手机端,采用游戏控制器的接口链接小车,这里包括车辆的控制、行驶模式等功能。

当然,呈现给用户的会是一个图像接口,更加容易上手。

此外,它也会以音频的形式,将信息反馈给用户。

至于Arduino端,则实现如下几个功能:PWM动力控制、负责执行指示信号、测量轮子速度、监控电池电量、以及与手机端的信号沟通。

如果对软件部分感兴趣的话,可以学习一下他们的开源算法(文末附项目链接)

硬件:不是树莓派

事实上,这个机器人最亲民的地方在于,只需要通过手机,就能控制机器人。

将你的手机变成可编程AI机器人丨英特尔出品

不仅如此,由于配件简单,基本上可以自己动手组装。

将你的手机变成可编程AI机器人丨英特尔出品

当然,如果你想要自己制作一个更好看的车身,用3D打印就行:

将你的手机变成可编程AI机器人丨英特尔出品

而这个小车的整体硬件电路图如下,结构非常简单,连上4个车轮,2个LED灯,2个速度传感器,而可编程器件则与手机相连。

将你的手机变成可编程AI机器人丨英特尔出品

也就是说,只要在可编程器件上植入相应的程序,小车就会按照你的意愿跑起来。

当然,作者表示,这个毕竟是更贴近于「家庭装」的AI机器人,如果需要更高端的轻量级嵌入式设备,树莓派是个非常不错的选择,但不一定能实现手机拥有的这么多功能。

如下图所示,以手机配置的机器人除了LiDAR,其他的功能如WiFi、蓝牙连接、相机都可以使用。

将你的手机变成可编程AI机器人丨英特尔出品

所以,实现这个机器人,最需要的是一部好手机?

OpenBot的小限制

事实上,Intel Lab从2018年起就开始研制低成本、高性能的小型移动AI机器人,而刚刚推出的这个小机器人,已经是第3代了。

从下图来看,第3代的AI机器人,不仅支持5G,而且相机也从1200万像素增加到了最大10800万像素(也与手机性能有关)

嗯,似乎发现了什么华点:

将你的手机变成可编程AI机器人丨英特尔出品

没错,这个项目有个限制,目前只能应用于安卓端

研发团队表示,如果这个项目比较受欢迎,团队将会考虑开发适配于iPhone的程序。

不过,由于这是开源项目,所以iOS的开发人员自己动手来一个,也未尝不可(眼神暗示)

项目链接:
https://www.openbot.org/

参考链接:
https://towardsdatascience.com/got-50-turn-your-phone-into-a-programmable-robot-bf69d3df1231
https://arxiv.org/pdf/2008.10631.pdf

附步进电机、伺服电机、舵机的原理和区别

伺服电机是这么一种电机,它主要用于比较精准的位置、速度或力矩输出。准确地说,伺服电机不是说一个电机,而是一个系统。所以仅仅一台电机都不能算是伺服电机,因为他们并不具备伺服电机的功能。伺服电机是一个电机系统,它包含电机、传感器和控制器。直流无刷电机可以是伺服电机里面的一部分,交流电机也可以是,但他们并不是伺服电机。作为一个系统,它可以有减速齿轮,也可以没有。

那么舵机是什么呢?舵机是个俗称,是玩航模、船模的人起的。因为这种电机比较常用于舵面操纵。

所谓舵机,其实就是个低端的伺服电机系统,它也是最常见的伺服电机系统,因此英文叫做Servo,就是Servomotor的简称。它将PWM信号与滑动变阻器的电压相比对,通过硬件电路实现固定控制增益的位置控制。也就是说,它包含了电机、传感器和控制器,是一个完整的伺服电机(系统)。价格低廉、结构紧凑,但精度很低,位置镇定能力较差,能够满足很多低端需求。

步进电机英文是stepper/step/stepping motor。主要是依靠定子线圈序列通电,顺次在不同的角度形成磁场,推拉定子旋转。

步进电机的好处是,你可以省掉用于测量电机转角的传感器。因此在结构上和价格上有一定的优势。而且它的位置和速度控制相对简单。其缺点是,第一,与同等功率的电机相比载荷比较小,没有角度传感器的情况下不能输出大力矩。第二,功耗相对较大,要么全开,要么全关。所以要么接近满功耗,要么就不能出力。(具体原因和结构可以查阅相关资料,网上到处都是,并不难以理解,我这里就不冗述了)

因此步进电机一般只用于载荷较小而且十分确定、位置精度要求并不非常高,对体积敏感或在较低价格想要做到较高可靠性的场合。最常见的就是光驱、扫描仪、复印机等等。当然,它和舵机一样,也受到没有能力自行搭建伺服电机系统的业余爱好者的喜爱,在一些业余项目上面用于替代完整的伺服电机系统。

那么举个简单的例子。扫描仪(包括现在商务打印机里面的扫描仪)经常有一个动作,就是在真正扫描之前,扫描器要从滑轨一头先快速运动到另一头。其实那是系统在找位置零点。那里面用的是一个步进电机,它驱动扫描器运动。但是开始执行扫描任务时,系统并不知道那个扫描器的确切位置(因为没有位置传感器),所以它只能先驱动扫描器向滑轨另一边走。在滑轨的那个尽头,有一个触碰开关,一旦扫描器碰到它,就会产生电信号。这样系统就知道扫描器走到了尽头,这时候就确定了扫描器的位置,这样就可以开始扫描了。这个步进电机在执行完任务后会关闭(因为功耗不低),因此一旦有震动什么的,扫描器很容易移位。所以下一次步进电机上电以后,要重新执行一遍前面说的那个动作去确定扫描器的位置。

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页面更新:2023-12-26

标签:可编程   机器人   舵机   英特尔   手机   扫描器   传感器   算法   出品   电机   位置   系统

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