歡迎來到AI的世界：從樹莓派，Arduino 到 HEXA | 瞭解機器人開發必看

嗨，你們好！我是Neo。最近幾年人工智能（AI）能夠說是個如火如荼的新銳概念。但不一樣於大疆的無人機或者各類VR設備，AI設備自己因爲兼具了軟硬件的要求，門檻其實仍是挺高的。

好比對於以前刷屏的波士頓動力的後空翻機器人Atlas，不管是機械結構，仍是運動平衡算法，都是普通玩家無法企及的。別的不說，數百甚至數千萬美圓的研發投入，就讓你們只能看看而已了。

同時對於極客和硬件玩家來講，面對茫茫多的新概念，好比Raspberry Pi啦，Arduino啦，彷佛都是很是火的產品二次開發社區。那麼到底該如何選擇呢，Neo我最近恰好在作一些我的項目，把周邊朋友手頭的這類設備都搜刮過來作了個全面解讀，纔有了此文。但願感興趣的值友看完這篇文章，能對本身該選擇怎樣的產品能有一個比較明晰的概念。

一. 樹莓派 Raspberry Pi

啥是樹莓派？

樹莓派是將電腦集成到了一塊電路板上的微型電腦。

可接顯示器鼠標鍵盤等外設；基於linux的系統；是一臺功能完整的迷你電腦；存儲經過micro-SD卡來提供；內置以太網接口可直接聯網 （Arduino也能夠訪問網絡，但那須要一些額外的部件）。

也就是說，樹莓派其實就是一臺小電腦，而且已經兼容了完整的軟硬件系統，能夠直接進行開發。

這樣對於偏編程開發的技術人員來講，樹莓派是一個很是低成本而又可靠的開發平臺。

而且編程環境就是標準的Linux編程環境，對於有經驗的程序員來講上手很是容易。但這也就致使對於沒有相關經驗的人來講，樹莓派的軟件編程門檻有點高。而且若是想作運動實例的話，配置過程比較複雜，還須要外接驅動板，成本也就上去了。

二. Arduino

啥是Arduino？

Arduino是一個徹底開源，能夠二次開發用於商業運營的開發平臺。

核心：AVR單片機 本質：單片機應用開發板

優點：簡單的函數，還有許多應用庫，這樣就不用直接去操做寄存器了，使得沒有很好的單片機基礎的人員也可使用Arduino作出本身想要的東西。

簡潔的IDE（集成開發環境）：也就是寫代碼，編譯，調試，下載的上位機軟件。

做爲核心的Arduino開發板有多個版本，好比最多見的Arduino UNO板。此外，Arduino擁有自帶的軟件開發系統。目前很是的火的智能機械臂就是利用Arduino開發出的很是熱門的品類。

然而Arduino的開發成本其實不低，要求玩家必須有豐富的軟硬件知識和不錯的動手能力。而對於這樣的高階玩家來講，Arduino芯片自己的性能又顯得有些孱弱。

因此目前Arduino更多的仍是做爲一些高校學生的畢業設計，或者我的/小團隊練手的選擇。若是要作嚴肅的機器人/AI項目開發，Arduino的算力/複雜度比，仍是稍微低了點。也就是說，玩家實力達到創客級別以後，Arduino平臺自己的硬件性能瓶頸，會明顯限制創客的想象力了。

三. 全地形可編程機器人HEXA

看到這裏可能有值友會說：聊了半天啥狀況？

波士頓動力那種牛逼的咱們買不起； 樹莓派那種偏軟件的不只上手門檻很高，即使開發出應用，也仍屬因而一個PC設備，還稱不上是機器人； 而Arduino這種偏硬件的對於開發者來講，若是不太明白機械結構設計不會本身搭控制系統，那麼可玩性也很是低。

因此啥也幹不了? 好在，有需求就會有廠商來努力填補這個空缺。 Vincross最近新出的一款可編程全地形機器人HEXA，彷佛就是一個不錯的嘗試。

我最先注意到這個產品，其實也是看站內的一篇衆測報告。 前不久還在《Wired》雜誌的年度產品"Gear of the Year"裏看到HEXA佔據了很是大的篇幅：

雖然沒有細看，但留下了印象。就是以爲這個產品蠻酷的，好像之前沒見過。 沒想到身邊的Geek小夥伴竟然已經直接在KS上衆籌了一臺，趕快第一時間拿過來玩玩。首先HEXA自己的造型比較讓人印象深入，把它放在辦公桌上能夠達到超過100%的回頭率，很多同事甚至回頭了不下三次。紛紛表示，這個是什麼東西？能不能演示一下？

首先從外形來看，六足（Hexapod Robot）的結構會比傳統的輪式、或者履帶式結構更適合各類越野環境。美國NASA目前正在研製的登月機器人ATHLETE其實就是源於六足機器人的造型，從而能夠更好的適應月球複雜的地表環境：

在一些地面比較不平整的環境中，足型機器人先天就會比輪式機器人擁有更強的經過能力。

對於一些溝壑，足型機器人也能夠有更強的環境適應能力。而對於六足機器人來講，只要保證三足不離地，就能夠很是穩定，而若是增長到八足或者更多又會形成對軟硬件資源要求增長，效果卻不明顯。因此其實六足是最具性價比的一個選擇：

而HEXA則將六足機器人的優點進一步優化，從步態上來講，有跨步、正常、探洞三種步態，再加上它能夠360°無限旋轉的頭部，使得HEXA在行動能力上更加靈活便捷。

我想HEXA的團隊在設計這款產品的時候，主要也是考量了如何兼具性能和成本的平衡，從而最大化的實現產品力。 聊完了六足結構，回到產品自己。HEXA在傳感器配置上也比較豐富，頭部除了高清攝像頭（有夜視功能）以外，還有測距傳感器和紅外發射器，能夠比較充分的感知周圍世界。這也給後續咱們編程實現各類複雜功能提供了底層支撐。

若是以爲官方自帶的傳感器不夠知足創客們的開發腦洞，HEXA也提供了豐富的硬件開發接口（I²C，ADC，GPIO，USB，音頻接口等），能夠擴展更多外設來DIY一些更復雜的功能。

這種科技感+神祕風的六足機器人，對於小朋友的吸引力實在是太大了。同事的兒子小C不過是來叫爸爸一塊兒吃飯，直接就表示吃飯不急，得先玩玩這個高科技傢伙。

因此我乾脆說，那就由小C你做爲咱們的測試員，來評測一下這個機器人吧！ 小C的絕不示弱，在我幫忙鏈接好以後，就用"Explore"這個機器人應用（官方稱爲Skill）給小C用於"探險"。

做爲一個沒有任何相關經驗的5歲孩子，小C直接上手，就能夠經過觸摸屏控制，玩出各類豐富的步伐和身體姿態：

而長時間不操做的話，HEXA也會自動"臥倒"進入休息模式。

因此從易用性的角度來講，HEXA確實作得不錯，沒有任何基礎的小朋友，也能夠輕鬆上手。 不過，HEXA可不只僅只是一個讓小朋友玩的機器人玩具產品。定位於可編程的它，更重要的給想研究機器人科學的創客們，提供一個機器人學習和開發的平臺。 對於初級的開發者，首先可使用HEXA Simulater來進行入門學習。

在Simulator中，能夠經過可視化的3D模擬器，讓開發者不用編寫代碼就能夠直觀地進行動做設計。設計好的動做能夠直接寫入HEXA的硬件中，輕鬆實現想要的功能。

並且除了預設的動做，咱們也能夠簡單地經過設置創造更多動做。

固然，對於有編程基礎的創客來講，HEXA也可以知足他們的機器人開發需求。HEXA搭載的是基於Linux內核定製優化的MIND OS操做系統。這個機器人操做系統其實相似智能手機裏的iOS或者Android。創客能夠經過這個系統，使用GO語言，進行更爲深度的開發（後面我會介紹一個實例）。

另外，在開發的便捷性上，Vincross不只在官網提供了完整的開發文檔和教程，也同時在Github這樣的開源平臺上也進行了分享，方便了創客們的開發使用。

在完成相應的開發以後，創客能夠將動做封裝成機器人應用，也就是我上面提到的Skill。值得一提的是，HEXA提供了專門的Skill Store，相似於App Store，開發者不只能夠將本身建立的Skill上傳到Skill Store上進行分享和售賣，其餘的HEXA玩家也能夠自行前往下載裏面的應用，增長HEXA的功能。

也就是說，HEXA並非提供單純的一個機器人硬件，而是所謂的一個完整的Package：硬件（HEXA）和軟件（MINDOS）一同構建成一個完整的機器人開發生態，甚至一種機器人文化。做爲一款新產品，這個完成度的確讓我有些意外。

不過可能光這樣羅列有些過於抽象，咱們仍是來看個實例吧~

實例機器人應用：鬥牛（Bullfight）

好比這裏咱們以鬥牛"Bullfight"，來講明一下編寫過程。

這個Skill是由一位海外的Reddit用戶編寫的。具體來講主要就是分三步：頭部運動，捕捉紅色信號，Go Go Go！！！

而這位用戶也把完整的設計思路和源代碼開源了出來，方便你們取用。具體來講，這個skill須要教會機器人的主要是2點：

1. 啓動視頻捕捉系統
2. 找到紅色，而後啓動運動系統走向紅色目標

最終實現分爲三步：

第一步：頭部轉動

具體的代碼，其實就是修改"hexabody"這個package裏面的頭部轉動參數：角度和時間。角度指的是接下來這個動做須要頭部轉動多少角度，而時間則表明了轉動速度。具體代碼以下：

func (skill *ScanRed) searchRed() {
    for skill.status {
        if skill.rotate {
            direction := hexabody.Direction()
            direction += 30
            hexabody.MoveHead(direction, 200)
            skill.checkRedLightDistrict()
            time.Sleep(time.Millisecond * 100)
        }
            time.Sleep(time.Millisecond * 200)
    }
}

好比這裏我想讓HEXA轉頭的速度快一點或者慢一點，只有調整對應的參數就能夠了。

第二步：偵測紅色

這一步，首先是使用SnapshotRGBA() 來抓取HEXA捕捉到的視頻圖像信息。而後，經過因此中心點範圍內的RGB值，來判斷是否超過了閾值（即紅色或者非紅色）。這裏的RGB算法其實也是多種多樣，不過要平衡準確性和速度，其實有時候不得不把備選的各個算法都嘗試一遍。這部分的代碼以下：

func isRed() bool {
    thresHold := 200
    subRed := 0
    srcImg := media.SnapshotRGBA()
    srcBounds := srcImg.Bounds()
    m := image.NewRGBA(srcBounds)
    ptX := (srcBounds.Size().X * 1) / 10
    ptY := (srcBounds.Size().Y * 1) / 10
    draw.Draw(m, srcImg.Bounds(), srcImg, image.Pt(ptX, ptY), draw.Src)
    subBounds := image.Rect(srcBounds.Min.X/2, srcBounds.Min.Y/2, srcBounds.Max.X/2, srcBounds.Max.Y/2)
    newImg := m.SubImage(subBounds)
    width := newImg.Bounds().Size().X
    height := newImg.Bounds().Size().Y
    for w := 0; w < width; w++ {
        for h := 0; h < height; h++ {
            r, g, b, _ := newImg.At(w, h).RGBA()
            r = r >> 8
            g = g >> 8
            b = b >> 8
            c := (int(r) - int(g)) + (int(r) - int(b))
            if c > thresHold {
                subRed++
            }
        }
    }
    log.Info.Printf("%d %d", subRed, width*height)
    if subRed > (width*height)/200 {
        return true
    }
    return false
}

固然了，掌握算法之後，也能夠隨意更換顏色對象。

而第三步就是衝向紅色目標了

這一步其實就是直接調用WalkContinuously()命令。具體代碼以下：

func (skill *ScanRed) goToRed() {
       for skill.status {
           if skill.run {
               log.Info.Printf("RUN...")
               hexabody.Walk(hexabody.Direction(), 100)
       }
       else {
           time.Sleep(time.Millisecond * 200)
       }
   }
}

最終的實現效果，仍是不錯的。

因此，HEXA能夠說是提供了一個完整的開發環境和比較嚴謹的進階之路：

一、酷炫的外形和自帶skill，好比Explore，能夠吸引極客玩家對機器人的興趣，也讓任何零基礎的玩家操控HEXA來一段越野探險。 二、簡單易用的HEXA Simulator，可讓不太懂編程的用戶，經過所見即所得的方式編寫和組合各類HEXA的新動做，實現相關的功能。對於培養青少年的編程、機械製造興趣，也是很是好的。 三、完整的HEXA Mind SDK，可讓對機器人和AI感興趣的高校學生、從業人員或者Geek、創客們輕鬆發揮本身的想象力。創客們不須要精通機械設計，也不須要精通軟件編程和開發，就能夠直接拿HEXA進行高級語言的動做程序開發，很是方便和高效。

不只僅是下降了機器人學習和開發的門檻，也提供了一條學習曲線並不算陡峭的機器人入門之路。

固然，其實也不難看到HEXA的目標不止於此。HEXA結合MIND OS構建的機器人開發生態，讓用戶徹底有能力超越目前的功能演示範疇，開發出一些有強大應用價值的功能（好比：極端狹窄環境的探險、搶險救援中提供一些協助、做爲機器人寵物承擔家庭陪伴的功能等等）。

能夠想象，當這些功能真正應用到實際生活中，機器人就不在只是一個生活在科幻電影中摸不着的，或者只是玩具通常的產物，而是像現在的智能手機同樣普及生活助手。從機器人行業的角度來看，HEXA的價值更在於讓創客們對於機器人的想象有途徑能夠實現，從而推進整個機器人產業的發展。固然了，光靠這一款產品顯然是不夠的，但顯然咱們看到了好的跡象和趨勢。

四. 尾巴

回到最初的話題，如今國際化背景之下，咱們接觸最新最高科技技術的方式的確是愈來愈多了。而且各類開源文化的影響之下，和世界一塊兒開發新產品早就不是一句空話而已經成爲了現實。

若是想要作一些我的創客項目，或者只是單純的作一些好玩的做品，樹莓派、Arduino或者HEXA這樣的成品，其實都提供的至關不錯的基礎。至於如何選擇，更多的可能仍是看實際的需求來決定。

若是是作一些數據監控和處理任務，好比下載機、空氣監控、PM 2.5監控，樹莓派應該是最佳選擇，價格不貴幾百元搞定，實例也多；

若是是作一些運動控制的小做品，好比機械臂、微型3D打印機、智能小車，Arduino是更合適的選擇，而且拖各類改版的開源產品庫的福，在某寶上能夠直接買到原始圖紙。通常一個項目的成本大約在1000-3000元；

若是想不僅是學習DIY產品的過程，而是直接學習機器人從初級到高級的編程，對複雜環境、豐富視頻信號的捕捉、處理和進一步動做，從而實現真正的機器人應用，而且經過類Skill的形式在全球創客的智能手機上傳播，目前HEXA也能夠說是這個品類下最佳的選擇。甚至，是惟一的選擇。感興趣的朋友能夠去Vincross的官網，以及京東和淘寶看看。

總而言之，咱們可能正處於創客最好的時代。

If you wanna DIY something, the best time is NOW！

好了，此次對於機器人開發入門的介紹就到這裏，若有未盡之處，還請你們在評論區指出。 若是你們感興趣的話，後續我也會帶來更詳盡的項目開發實例介紹。 我是（微博：沈少Neo），咱們下次見！