多機器人的創(chuàng )新組合開(kāi)發(fā)技術(shù)

作者 高煥堂 臺灣地區VR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主席、廈門(mén)VR/AR協(xié)會(huì )榮譽(yù)會(huì )長(cháng)兼總顧問(wèn)

　　除了制造機器人產(chǎn)品之外，創(chuàng )造多臺機器人的協(xié)同合作，也是很有趣的、具有商業(yè)價(jià)值的。就如同花卉，我們不一定要自己當農夫種花卉，其實(shí)開(kāi)花店、插花、賣(mài)捧花或花束等，可能更詩(shī)情畫(huà)意、美不勝收呢。

1 創(chuàng )新組合：多機器人的協(xié)同開(kāi)發(fā)

　　大家都知道，目前最流行的手機是基于A(yíng)ndroid操作系統的手機。目前市場(chǎng)占有率大約高達 80%了。此外，Android是采取Apache軟件授權方式的開(kāi)源軟件，成為人人可以免費使用及自行修改的軟件平臺系統。

　　UBOT的全名是：UBOTeam(Unified Framework for Robot Team)。它是高煥堂團隊基于A(yíng)ndroid平臺的擴充，而成為機器人的共享編程環(huán)境及整合運行平臺。它逐漸發(fā)展成為AIoT的共享程序開(kāi)發(fā)及整合執行平臺。UBOT的上層是App(提供用戶(hù)接口)，而UBOT的下層是插件(Plugin)來(lái)促進(jìn)機器人硬設備的客制化特性。而UBOT則是位于中間層的軟件框架(Framework)，它是開(kāi)源的軟件系統(圖1)。

　　當第三方開(kāi)發(fā)者基于UBOT而開(kāi)發(fā)出上層App時(shí)，開(kāi)發(fā)者可以自行決定其App是否開(kāi)源或閉源，亦即該App可以不開(kāi)源。同樣地，當開(kāi)發(fā)者基于UBOT而開(kāi)發(fā)出連接到硬設備的客制化插件(Plugin)時(shí)，仍由其開(kāi)發(fā)者自行決定該插件程序是否開(kāi)源或閉源，亦即該插件程序可以不開(kāi)源。

　　如上所述，在UBOT里，其應用框架(App Framework)層是開(kāi)源的，開(kāi)發(fā)者可以將它匯入到Android Studio開(kāi)發(fā)環(huán)境里使用，于是就可以使用您已經(jīng)熟悉的Android SDK來(lái)開(kāi)發(fā)多機器人的創(chuàng )新整合應用了，而不必花費心力于各機器人廠(chǎng)家的不同SDK，無(wú)論是學(xué)習或開(kāi)發(fā)都會(huì )更加事半功倍了。

　　由于在開(kāi)發(fā)多機器人的整合應用時(shí)，各機器人產(chǎn)品往往來(lái)自不同的廠(chǎng)商，各廠(chǎng)商也常推出針對自己產(chǎn)品的SDK(即 App開(kāi)發(fā)環(huán)境)。此時(shí)，開(kāi)發(fā)者面臨多個(gè)SDK，各自獨立、不能兼容，就會(huì )遭遇開(kāi)發(fā)工作的復雜性，變得困難重重了。

　　其化解之道是：大家采用同一種SDK。在本文里，筆者建議采用Android SDK，讓大家都能使用多數人已經(jīng)熟悉的Android Studio來(lái)進(jìn)行App的開(kāi)發(fā)工作，就可以省去學(xué)習各廠(chǎng)商SDK的時(shí)間和負擔了。

　　例如，一旦您使用Android Studio + UBOT(如藍牙模塊)開(kāi)發(fā)出來(lái)一支針對Ironbot機器人的App，若想繼續整合另一廠(chǎng)牌的Dobot機器人時(shí)，就不必再花時(shí)間學(xué)習Android Studio和UBOT了，直接動(dòng)手開(kāi)發(fā)約20%產(chǎn)品定制化的部分程序代碼即可了，例如不同廠(chǎng)牌(或型號)的機器人，其傳遞信息的格式(Format)大多不相同，這就所謂的定制化部分。

　　以此類(lèi)推，如果想繼續整合更多個(gè)(不同廠(chǎng)牌)的機器人時(shí)，一樣的不必花時(shí)間學(xué)習新的SDK，而迅速動(dòng)手開(kāi)發(fā)約20%產(chǎn)品定制化的部分程序代碼即可。因而，學(xué)生的學(xué)習效率提高了，學(xué)習信心也提升了。

2 整合通信：以藍牙技術(shù)為例

　　藍牙設備能以固定的周期持續發(fā)送廣播，手機端App掃描(接收)到廣播后，解析廣播包，然后可進(jìn)行對設備的識別、配對、聯(lián)機和數據讀寫(xiě)等。于是，您的手機就能掃描到周邊的藍牙設備所發(fā)出的藍牙信號了。接下來(lái)，就能進(jìn)一步與這些設備建立聯(lián)機(Connection)，才能對這些設備進(jìn)行信息傳遞，例如從BLE設備讀取信息或把信息寫(xiě)到BLE設備里，這些信息就包括了控制指令及相關(guān)的參數等。

　　在A(yíng)ndroid手機里的軟件結構里(圖2)，由myActivity模塊提供UI畫(huà)面，例如讓用戶(hù)隨機選取一個(gè)RGB顏色，并依據該設備所能接受的信息格式，傳遞給myFacade去進(jìn)行信息傳送的任務(wù)。此時(shí)，myFacade會(huì )通過(guò)Session來(lái)將信息傳送給BLEMessage，再轉送給IronbotBLEMsg。

　　這IronbotBLEMsg接到從myFacade傳來(lái)的訊息之后，就存入隊列(Queue)里，然后依據先后順序，逐一從隊列里取出訊息傳送給Android的BLE模塊，然后以無(wú)線(xiàn)方式傳送給藍牙設備，此時(shí)履帶車(chē)上的LED燈的顏色就改變了。

3 AI賦能：運用語(yǔ)音AI的多機協(xié)同合作

　　借助于UBOT/BLE框架的高度擴充能力，手機里的UBOT/BLE模塊更能同步發(fā)送藍牙訊息給多臺機器人(如手臂和履帶車(chē))，順利指揮多機的協(xié)同合作，展開(kāi)團隊行動(dòng)。

　　例如下圖里(如圖3)，讓Zenbo透過(guò)WiFi來(lái)與UBOT手機通訊。這樣可以充分發(fā)揮Zenbo的AI語(yǔ)音功能，擔任迎賓服務(wù)者的角色。

　　從圖3里，可以看到人們通過(guò)語(yǔ)音AI來(lái)和Zenbo機器人(圖3左上角)對話(huà)，然后Zenbo沒(méi)有手，就拿Dobot手臂(圖3右下角)來(lái)搭配起來(lái)，便能聽(tīng)從客人的指示而準確按下咖啡機(的按鈕)，泡出客人想喝的咖啡了。

　　此時(shí)，如果再搭配匠客Ironbot機器人(圖3左下角)來(lái)端送咖啡給客人，將是更加體貼的服務(wù)了。也就是，經(jīng)由同一支UBOT/Android手機來(lái)精準安排Dobot泡咖啡，并且把泡好的咖啡交給Ironbot機器人，然后端送到客人面前。

　　在這個(gè)咖啡館的范例里，是以Ironbot、Dobot和Zenbo三種機器人為主角，來(lái)進(jìn)行創(chuàng )新組合，搭配語(yǔ)音AI的軟硬整合應用案例，其中闡述了AI機器人的軟硬整合技術(shù)，包括AI機器人的平臺(Platform)架構，并詳細說(shuō)明其開(kāi)源的軟件原始碼。這非常有助于學(xué)習AI時(shí)代的科技知識和體驗。隨著(zhù)AI(人工智能)與機器學(xué)習能力的提升，與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)結合機器人的創(chuàng )新應用，將會(huì )更上一層樓。而以Android開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)演練Java和Python程序設計語(yǔ)言，將形成一個(gè)先進(jìn)的智能物聯(lián)網(wǎng)(AIoT)的程序設計學(xué)習環(huán)境。

4 穩定結構：善用Android的多進(jìn)程機制

　　最簡(jiǎn)單的情況是讓兩臺機器人(例如一臺Dobot機器手臂和一臺Ironbot履帶車(chē))能隨時(shí)做創(chuàng )新組合、協(xié)同合作。當然也能進(jìn)一步擴充為三或更多臺的機器人，并且讓它們進(jìn)行更多花樣的創(chuàng )新組合、協(xié)同合作(圖5)。

　　為了兼顧擴充性和穩定性，在A(yíng)ndroid手機里可以把機器人的相關(guān)軟件模塊，各自安排在不同的進(jìn)程(Process)里，例如這三只機器人的相關(guān)類(lèi)別，各加載到不同的進(jìn)程里執行(圖6)。

　　在這個(gè)架構里，它們各自的相關(guān)類(lèi)別都在各自的進(jìn)程里執行，可以提升整個(gè)App的穩定性、安全性、擴充性和并行性等。

5 打造生態(tài)：基于UBOT的開(kāi)放API

　　目前的手機市場(chǎng)中，Android平臺的App數量已經(jīng)超過(guò)400萬(wàn)了?；谄潺嫶蟮目蛻?hù)群，我們巧妙地從Android平臺延伸出UBOT共享平臺，將可替各種機器人產(chǎn)品，招來(lái)龐大的App開(kāi)發(fā)者和使用群。同時(shí)，UBOT平臺也來(lái)支撐眾多的創(chuàng )客們來(lái)進(jìn)行軟硬件產(chǎn)品的創(chuàng )新。

　　因此，UBOT可帶給App開(kāi)發(fā)者許多幫助。就像Android平臺一樣迅速累積許多App開(kāi)發(fā)者。這些App只要稍做調整，就能執行于新產(chǎn)品上，因而UBOT迅速為新產(chǎn)品帶來(lái)眾多的App，非常有助于創(chuàng )客的新產(chǎn)品迅速進(jìn)入市場(chǎng)而獲利。

　　至于下層的機器人硬件廠(chǎng)商，為了能迅速獲得更多App，其機器人產(chǎn)品就會(huì )來(lái)支持這統一而開(kāi)放的API。于是，上層累積愈多App，下層也會(huì )吸引愈多的機器人產(chǎn)品，上層和下層相互加乘，就形成一個(gè)蓬勃發(fā)展的生態(tài)(Ecosystem)了。

6 開(kāi)放API：掌握API，才有話(huà)語(yǔ)權

　　在本文里，筆者拿UBOT機器人聯(lián)合平臺來(lái)做說(shuō)明。并且拿Zenbo、Ironbot和Dobot三種機器人產(chǎn)品來(lái)組合創(chuàng )新，闡述最基礎的機器人(Robot)軟硬整合、共享平臺、開(kāi)放API、以及App的開(kāi)發(fā)技術(shù)。其中的核心要素就是：API。掌握平臺API的制定權，就能成為生態(tài)的盟主。此外，還要大膽開(kāi)源軟件和開(kāi)放API，就能促進(jìn)生態(tài)蓬勃發(fā)展。最后，也歡迎您參閱筆者的新書(shū)：《AI機器人、藍牙與Android整合開(kāi)發(fā)技術(shù)》。

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第11期第81頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。