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爆肝200天,18岁高中生用树莓派造机械人

admin 科技 2021-08-09 05:23:59 26 0

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难以想象,这竟然是一个18岁高中生自力做出来的机械人!

无论室内外,都能实现跟踪:

就连在黑夜里随着走,也No problem:

当坐骑也完全没问题:

原理确定、形状设计、电路毗邻、代码编写,所有事情耗时200天。

而且,所有由这位叫做凌十七的B站Up主一人完成!

视频上传不到3天,就斩获近百万播放量。

原本,自主导演的机械人故事和硬核DIY机械人全流程已经足够惹眼。

在视频即将竣事时,Up主还掏出乐器,为这一项目献曲一首,直接引爆了弹幕:

叨教另有什么是您不会的呢?

六边形战士!

宝藏男孩?!

从程序员,到导演,到音乐兴趣者,多种身份无缝切换!

这到底是怎样的一位Up主?

这又是怎样的一个机械人?

从建模到制作,全自主设计

要做一个什么样的机械人呢?

凌十七给出了他心目中的尺度:

钢结构,塑料外壳。

能追随,能跑,能装器械,能拉着走,要害……还能坐。

画好了设计图,18岁的少年沉吟道:可行。

那就最先,第一步:建模

人人来感受一下这个建模事情量:

拉近了看,整个机身的设计并非粗拙直白的几何形状,而是参考人体工学,从稳固性和适用性等方面举行了设计:

建模完成后,就迎来了下一个头秃水平不输建模的环节――

外壳制作

让模子从电脑来到现实里,凌十七选用以水洗树脂为质料举行3D建模。

这听起来似乎不需要过多的操作,只要坐在机械前等着收获品就好:

但现实实验起来,问题可就太多了:

使用水洗树脂作为打印耗材可能会泛起开裂问题

在制品外壳过薄时会泛起更严重的变形,进而导致无法安装

超大尺寸的零部件对于组装精度的要求异常高

这中央没有捷径,只有一次次举行地实验、调整、再实验、再调整。

样子成型了,接下来就是给零部件们上补土

这道工序能在统一底色的同时,填补了打印外面泛起的不平整。

然后就是外表制作的最后一步,刷漆:

现在,“很没有手艺含量,异常无聊且虚耗时间”的外壳制作环节完成了。

再来看机械人的眼睛,凌十七所选用的二维激光雷达

他一共使用了两个雷达,并都凭证通讯规则重写领会包算法。

好,接下来就是去制作机械人的心脏了!

凌十七选择了单片机作为主控装备,来控制无刷电机和舵机,并举行遥控、驱动和追随速率偏向的最终判断:

然后将树莓派作为跟踪算法输出装备,串口传输数据给单片机:

这里的单片机和树莓派都由一个统一的10A降压模块供电。

但由于树莓派USB可提供的电流异常小,而雷达又是直接从USB端口拉供电的,以是一最先经常会陷入无限重启的状态中。

因此,凌十七把雷达中的电路供电压(VCC)单独引到了5V,解决了这个问题。

至于完整的跟踪功效,凌十七一共用了250行代码来实现。

和外壳制作相比,代码誊写称得上是“很有手艺含量,异常不无聊且破费时间”了。

事实,在最后列出来的已解决的问题中,程序方面的例子是最多的:

要能在硬件支持局限之外跟踪目的,因此限制了跟踪角度,超出后重新寻找目的;

要防止在丢失目的时乱跑,因此就通历程序使在探测到目的距离过长时住手跟踪;

还要能够实时与单片机通讯,防止通讯过多丢失数据,以及非线性的转向算法……

而最终,设计图里所提到的功效,已经基本实现了。

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除了开头提到的功效外,存储器械也完全没问题:

站在自己这十分有说服力的杂乱地面上,凌十七这样示意:

这是我这辈子现在开发过最难的项目。

机械人背后的故事

没错,从0到1打造一个机械人,对于机械人专业的学生来说也许不难,但对于高中生而言,需要自学从编程、电路到自动控制的所有手艺知识。

软件上,所有程序和软硬件代码都需要自行调试、优化,算法上修过的bug可以说是“不能胜数”:

硬件上,在对机身举行建模时,凌十七虽然专门学习了相关的设计方式:

但自己着手做的时刻,仅仅是外壳设计这个“看起来没啥手艺含量”的事情,就花费了相当长一段时间,坏过好几个外壳:

可想而知,除了外壳,在建模和设计上另有若干需要替换的零部件。

凌十七自己也示意,最后产出的零件垃圾甚至“能再造一台机械人”出来:

厥后好不容易做好后,机械人又损坏了一次。

2020年8月最先设计、10月制作,但在12月份举行户外拍摄的时刻,这个机械人的“头部”意外掉了。

由于脖子毗邻处的舵机很不牢靠,最初只是搭在机械人身上,很容易取下来,导致虽然在家中实验时没泛起任何问题,但在不平展的路面上却无法hold住,最终坏了。

领会这一情形后,凌十七改善了机械人结构,所有接纳螺丝牢靠,就没有再泛起类似的问题。

但也正是由于这件事,项目被迫中止了一段时间,厥后拆除靠近1/3的机械人外壳,重新制作后,才于2021年4月左右完成。

固然,也并非只调整了外壳,这次改装也对软件举行了重新升级。

雷达上,加入了三四个算法,主要是为了优化通讯和雷达的无效数据,另有几个是为了清扫跟踪时可能泛起的误导、或是某些严重影响运行效果的情形;

驱动算法上,也经由了参数调整优化,但这一操作并不规范,基本是在试错,若是举行更正式的项目的话,可能会算好一个正规的模子,再举行编程。

所有算法都是凌十七自行编写的,没有参考其他算法:

事实没见过类似产物,而且在确定原理的时刻,脑子里就已经想好逻辑了,以是也没想过要找别人的代码。

经由9个月打磨的机械人,从各方面来说都较为优异,不外对于凌十七来说,照样有可以继续改善的地方。

一方面,机械人并不能做出神色,所有视频中的神色都是后期处置上去的,也就是特效制作。

凌十七示意,原本是想外包特效,效果发现外包能力不足,做出来的特效太拉垮……以是就自己学着去做了,效果确实要更好。

固然,直接显示神色也是可以做到的,只是“现在市面上已经有很成熟的算法了”,因此他没有思量作为机械人的“亮点”来完成。

另一方面,从机械人自己来说,物理稳固性欠好;而避障算法所接纳的两代激光雷达,也都受光照影响,效果与预期有差距,户外的显示不够好。

若是有时间再优化的话,凌十七设计将两个激光雷达和摄像头举行连系,会让户外跟踪加倍稳固。

至于为什么要做这个机械人?

凌十七示意,最初是想找小我私人协助拎装备(如录视频所用的三脚架、摄像机),厥后意识到,这件事可以“不必由人来完成”。

要是能做个自动拉货车,还能现代驾,岂不美哉。

虽然后期确实投入了伟大的精神,但从完成度来看,效果照样异常不错的。

而机械人小D(Devil)的名字,则泉源于一首名为《Devil Swing(Remix)》的歌。

也正是由于这个项目,让凌十七刻意从电子工程转专业(此前已被佐治亚理工学院录取),去学习AI机械人

原本想要学习的专业

在接受量子位采访中,凌十七示意,自己通过这个项目意识到,以后可能是算法的天下,以是想把重心更多地放到编程上。

“想转专业去搞AI&机械人”

凌十七来自上海师范大学隶属中学(上师大附中),前16年也与其他中学生一样,“基本在应对考试中渡过”。

高一,凌十七通过竞赛接触到机械人,往后打开了新天下的大门。

视频中可见,除了在“机械人综合手艺”和“电子控制项目”竞赛中获得一等奖以外,凌十七还发现晰一种“激光定位特殊用途使用的遥控装置”,并斩获多个奖项。

凌十七示意,虽然这些竞赛“含金量不高”,但乐成激起了他对机械人的兴趣:

当我第一次发现,我能让自己以外的事物根据我的意志运行的时刻,何其感动,何其震撼,就感受一切从未云云充知足义。

机械人就是照亮我人生蹊径的第一道光。

他于2019年最先上传视频,并于2020年头制作了一把小刀,带电路、能发光的那种,播放量一下子从几万冲上了一百多万:

接下来的一个视频中,这把小刀直接进化成了能喷火、变色的光剑,播放量到达了200W+,也坐实了“手工UP主”的名声:

在那之后,机械人小D一打作育是9个月,转眼来到2021年。

时代,凌十七一度有过想要放弃的念头,“感受再搞下去自己就要不正常了”,但最终照样坚持了下来。

也正是在这个项目中,他找到了自己未来前进的偏向。

对于这个机械人,不少大V *** 转发:

B站官方也热烈激励:

值得一提的是,凌十七的手艺点并不仅限于机械人、导演和抚琴,据他的高中同砚示意,画画、编曲等等手艺点也已经点亮。

对于未来,凌十七示意,更有可能去创业,做产物或是搞创作。若是投身科研的话,也许率会想要研究通用人工智能(AGI)偏向。

虽然这个机械人还没有涉及AI偏向的算法,不外凌十七示意,已经设计最先从CV学起,做一些相关的AI小项目,例如物体、形状识别等算法。

他会在AI领域擦出什么样的火花?

让我们拭目以待。

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