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【PRO_Column】探究TJBot硬體線路,打造紙箱機器人

作者:陸向陽

本文將重點放在TJBot的硬體電路上,主要是由4個部份,即麥克風、喇叭、LED燈號、用伺服馬達擺動的手臂所組成,並介紹TJBot的電路連接方式。

TJBot是一個開放原始程式碼專案,是IBM的Bluemix團隊裡的Maryam Ashoori所發創,主要是以一個樹莓派電腦為核心,加上電路設計,再加上厚紙板構成的外殼,就成了一個具「阿楞」風格的互動機器人。

以瓦楞紙箱為靈感而創作出的模型玩具:阿楞。(圖片來源:flickr

聰明又可愛的TJBot紙箱機器人(Source

TJBot用意在推廣IBM的Bluemix雲端服務,更具體而言是IBM的辨識運算、人工智慧(AI)服務,稱為華生服務(Watson Services),指的是在雲端執行的華生軟體。華生軟體的研發來自IBM的華生研究中心,華生研究中心也是IBM研究部門IBM Research的最根基發源處,如今IBM Research在世界各地共有12個研究中心,華生是其一,華生研究中心也是為了紀念IBM第一任董事長兼執行長Thomas J. Watson而取。華生服務是個泛稱,細分還包含Watson AI Assist、Watson Machine Learning、Watson Knowledge Catalog等。

TJBot硬體設備分析

言歸正傳,本文將重點放在TJBot的硬體電路上,暫不去論其軟體、雲端服務面,也暫不去論其厚紙板機構部份。TJBot的硬體電路其實很簡單,主要就4個部份,即麥克風、喇叭、LED燈號、用伺服馬達擺動的手臂,如此而已。

TJBot以樹莓派為核心,連接USB麥克風、喇叭、LED燈號以及伺服馬達手臂而成。(圖片來源:github

1. 麥克風

首先是麥克風,TJBot用一個USB Type A介面的麥克風,直接接入樹莓派的USB埠,即告完成。

2. 喇叭

第二是喇叭(也稱揚聲器、音箱),由於樹莓派本身即有3.5mm的音源輸出孔,所以也只要購買簡單的小喇叭,簡單手動連接便完成。

3. LED燈號

再來是LED燈號,TJBot用的是一個可以混色發光的LED,有4個接腳,與一般2個接腳的LED不同,而4支接腳的順序容易被人搞混,一旦錯接不僅會傷害LED也可能傷害樹莓派電腦,所以正確作法是,把該LED外部塑膠封裝上,有一個削平的部份視為右側,由右往左數4支接腳。

如此,先將右邊第一支接腳空接,第二個接腳,也是長度最長的接腳,接上接地。然後,最左邊也是由右至左數過來的第四個接腳,接上樹莓派GPIO接腳排列中的第18號腳位,其實也是脈寬調變輸出的第一個腳位(PWM0)。最後才接上由右至左數來第三腳位的3.3V供電線路。

4. 伺服馬達

最後是伺服馬達部份,有的組裝示範是用Tower Pro(輝盛)的小型伺服馬達SG90,共有三條線路,其中咖啡色的線路接地,橘色的部份接上樹莓派GPIO接腳的第7接腳(在SPI介面時也充當CE接腳),之後紅色線路接上5V供電。Arduino操控SG90伺服馬達示範可參考本文

樹莓派GPIO接腳圖。(圖片來源:raspberrypi-spy

以上即是TJBot的電路連接方式,相當簡單。

小結

最後筆者也簡單評論一下TJBot,TJBot算是一個居中的語音互動、人工智慧產品,因為亞馬遜(Amazon)在2016年6月推出的Alexa套件,也是安裝在樹莓派上,但也僅止於語音應用,沒有燈號、沒有伺服馬達,更無機器人外殼。相對的,約晚半年(2016年11月)推出的TJBot則有LED燈號、伺服馬達手臂、簡單外殼。

不過,有一個比TJBot再先進些的Humix(Human+Bluemix),Humix也是個紙箱風格的機器人,內部核心也是用樹莓派,另用上Arduino,但Humix具有更多的外界感測能力,包含溫度感測、濕度感測、亮度感測、影像感測、NFC感測等。

Humix一樣在推廣IBM的Bluemix/Watson雲端服務。稍可惜的是,筆者還沒找到Humix的電路圖,不然也是值得拿來研究解析的。

Humix紙箱機器人較TJBot功能更先進些,具備影像辨識、溫濕度與亮度感測,以及NFC感測等。(圖片來源:大兵萊恩部落格

(責任編輯:周政毅)

 

陸向陽

陸向陽

從電子科系畢業後,即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色,並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。
陸向陽

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