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    发布时间:2019-11-01
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    小孩也能玩转人工智能?-RISC-V加持下的AI机器人小车评测
    发布时间:2019-11-01
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    截止目前,身居电子行业的从业者,几乎没有人不知道人工智能这个词。但是,即便耳熟能详,对绝大多数人来说人工智能即熟悉又遥远,一般都会认为这是一个最顶尖的领域,非?;奚讯?。

    然而实际情况呢?确实很难,除了人工智能这个词本身具有广泛的概念,其下细分出像机器学习、机器视觉、深度学习等无一不是各个领域顶尖的难题。不过,今天电路城要给大家介绍的是一款易于入门学习的人工智能机器人小车,让你告别枯燥难懂的编程体验,而实际专注于应用本身,而且其最大的价值不是在于必须要多么资深的工程师才能玩转,而是真正面向那些对人工智能有兴趣、想琢磨的青少年朋友,让他们在玩的过程中学习,在学得过程中通过玩更进一步加深学习印象。

    M.A.R.K机器视觉人工智能学习小车

    不久前,电路城拿到柴火创客教育推出的M.A.R.K机器视觉人工智能学习小车。M.A.R.K ,即Make A Robot Kit,是一款由人工智能技术赋能,致力于K12人工智能教育的机器人产品。通过 M.A.R.K,用户能实践学习机器人的组装与搭建,并亲身体验到如图像识别,物体检测,机器视觉巡线及自动驾驶等人工智能技术。M.A.R.K 所使用的的机器之眼主控板(CyberEye) 可以支持 Codecraft 图形化编程 和 Python 文本编程。在M.A.R.K 组装完毕后, 用户就可以通过官方的项目式教程逐步编写自己的智能应用程序,掌握编程技巧和人工智能相关知识。

    刚收到这个机器人小车,着实被这硕大的包裹吓一大跳,原本以为是个很小很精致的STEAM产品。另一方面,从包装上也看到到标注的适合12岁以上的青少年朋友学习。

    打开包装呈现在我们面前的是整齐的器件排列,都被很好的嵌入在缓震泡棉中,整个产品在运输过程中也不用太担心造成的损坏。

    除了第一眼看到的一层,还有第二层的空间,布局着更多配件,包括主控板以及诸多的传感器板。

    下图是机器人小车的所有器件,可以看到厂商非常的贴心,还赠送了螺丝刀跟电池。

    所有器件详细的介绍如下:

    核心大脑:ESP32 + K210 Ai???/strong>

    下图是核心主控???,包括了2.4寸彩色液晶显示屏。(像素是240*320,成像区域是160*120。)

    当然,显示屏不是重点,重点是核心主控板cyberEye,也就是在PCB板子的正面,我们可以看到的ESP32 WiFi???K210 AI??榈淖楹?。cyberEye是基于带有神经网络加速器IP的SoC芯片方案推出的一款:兼容Arduino硬件扩展接口的人工智能教育学习开发板,可以离线运行图像识别相关算法和人工智能模型、人脸检测、 MobileNet 物体识别、 tiny yolov2 20分类? 、 识别颜色值、找形状、找直线、面部识别等、 MNIST 手写数字识别、 Feature map 显示。

    cyberEye上搭载的AI??槭荢iPEED推出的基于勘智K210 AI芯片的人工智能???。

    勘智K210是集成机器视觉与机器听觉能力的系统级芯片 (SoC)。使用台积电 (TSMC) 超低功耗的 28 纳米先进制程,具有双核 64 位处理器,拥有较好的功耗性能,稳定性与可靠性。

    K210 包含 RISC-V 64 位双核 CPU,每个核心内置独立 FPU. K210 的核心功能是机器视觉与听觉,其包含用于计算卷积人工神经网络的 KPU 与用于处理麦克风阵列输入的 APU. 同时 K210 具备快速傅里叶变换加速器,可以进行高性能复数 FFT 计算。因此对于大多数机器学习算法,K210 具备高性能处理能力。

    K210 内嵌 AES 与 SHA256 算法加速器,为用户提供基本安全功能。

    K210 拥有高性能、低功耗的 SRAM,以及功能强大的 DMA,在数据吞吐能力方面性能优异。

    K210 具备丰富的外设单元,分别是:DVP、JTAG、OTP、FPIOA、GPIO、UART、SPI、RTC、I2S、I2C、WDT、Timer 与 PWM,可满足海量应用场景。

    因此,勘智K210 定位于 AI 与 IoT 市场的 SoC,同时是使用非常方便的 MCU,可以支持机器视觉解决方案,或者支持机器听觉解决方案,或者两者结合,实现机器视觉/听觉混合解决方案。

    具体来说,在机器视觉方案中可以实现如基于卷积神经网络的一般目标检测、基于卷积神经网络的图像分类任务、人脸检测和人脸识别、实时获取被检测目标的大小与坐标以及实时获取被检测目标的种类等等;

    而在机器听觉方案中可实现像声源定向、声场成像、波束形成、语音唤醒、语音识别等功能;

    而在机器视觉/听觉混合解决方案中,勘智K210 可提供更强大的功能。一方面,在应用中既可以通过声源定位和声场成像辅助机器视觉对目标的跟踪,又可以通过一般目标检测获得目标的方位后辅助机器听觉对该方位进行波束形成。另一方面,可以通过摄像头传来的图像获得人的方向后,使得麦克风阵列通过波束形成指向该人。同时也可以根据麦克风阵列确定一个说话人的方向,转动摄像头指向该人。

    下图则是机器人小车的云台摄像头,规格型号为OV2640,支持200万像素,该摄像头一共含有两个舵机和一个摄像头???,通过数据线连接到cyberEy主板。

    下图则是超声波传感器,非常常见,尤其接触智能小车或者机器人的应该不会陌生。作为一款非接触式距离测量???,工作频率为40KHz。当我们通过信号引脚提供超过10uS的脉冲触发信号时,超声波??榻⒊?个40kHz周期的周期并检测回波?;夭ㄐ藕诺穆龀蹇矶扔氩饬康木嗬氤杀壤?。从而我们可以得出距离的测量,公式为:距离=回波信号高电平时间*声速(340M / S)/ 2。

    下图是一个按键???,包含一个独立的“瞬时开/关”按钮?!八布洹币馕蹲虐磁ピ谑头藕蠡嶙孕械?。按下时按钮输出HIGH信号,释放时按钮输出LOW,没什么好说的。

    下图则是电磁铁???。主要的材料是电磁铁,与普通磁铁不同的是,它磁场是由电流产生的。由于安培定律,在导线中流动的电流在导线周围产生磁场。为了集中磁场,在电磁铁中将导线缠绕成线圈,其中并排放置许多匝线。所有线圈的磁场穿过线圈的中心,在那里产生强磁场。

    以下是循迹传感器???。其工作原理就是利用红外线的物理性质来测量的传感器。M.A.R.K小车在巡线时,循迹传感器会发射红外线,经过地图的反射,再被循迹传感器接收到,由于黑白两种颜色对红外光的吸收比例是不一样的,黑色会吸收较多的红外光。因此,小车可以自动巡线。

    接下来是机器人小车的M.A.R.K.主板,更确切的说是带扩展接口的底板,基本上pcb板上主要是一些接口扩展,连接核心板以及小车的各个功能???,如摄像头,传感器,电机等,唯一需要注意的是在组装的时候确保接线正确。

    底板的另一面则基本没什么元器件,没什么好说的。

    最后一个是小车的车架,自带马达以及电池盒。

    看完机器人小车的配件,自带的传感器??榛故欠浅7岣坏?,我们可以根据不同的功能进行自由组合,如此可以实现不同的功能,比如:

    • 利用循迹??榛蛘呱阆裢纷远蚕?;
    • 结合超声波传感器不仅可以自动避障,还可以在巡线的过程中自动避障;
    • 通过机器学习,识别多种类别的物体,例如:数字、家庭动物、普通物体和交通路标;
    • 配合灯光和扬声器用作不同场景的提示,例如:广场巡逻时,发现危险事物提示相关工作人员;
    • 结合硬件配备卡片,可以实现商场巡逻、自动运载特定事物和根据路标自动驾驶并避障行人等;

    介绍完小车的硬件部分,接下来笔者将把小车组装好,组装过程就不多啰嗦了,官方提供了详细的组装文档,基本上青少年自己动手组装也没什么问题,只不过要注意其中的几点:比如Speaker的连接;伺服电机的接线以及传感器??榈牧?。

    组装完成后的小车

    花了1个多小时把机器人小车组装完成,小车侧面图。

    正面图,还未取下摄像头上的盖帽。

    小车尾部图,包括了众多电源接口,调试接口,开关等。

    小车俯视图。

    以上都是没有将小车车盖装上去的,方便大家观看小车结构,最后一张则是完整的小车样子,车盖是通过磁吸安装在小车上,非常的方便,这个设计值得借鉴,当然也仅限于速度不会很快的小车上。

    机器人小车实测

    终于到了最终环节,振奋人心的实测环节。不过在此之前,我不确定板子是否已经在出厂烧录了内置的程序,所以不死心的试了下,貌似没什么反应,只有摄像头来回转动,屏幕显示welcome to cyberEye。

    所以最终还是免不了需要先对小车编程,编程主要针对主控的核心板,所以可以非常方便的直接拿下主控板编完程序在装到小车上。

    如何编程?柴火创客提供了不同的编程方式和编程语言,软件平台提供Codecraft,可以支持windows、mac系统以及也支持手机app的编程,另外也有在线版Codecraft编程,为了方便,笔者选用的是在线版编程的方式。其次,小车的编程语言支持图形化编程和python编程方式,作为一款主要面向青少年教育的AI机器人小车套件,孩子对编程的学习不会像成人一样,需要更好的方式,而图形化无疑是更直观和更简单的,即使是零基础的学习者也可以通过简单的学习、快速掌握并编写程序来控制硬件,完成项目的创作。所以柴火创客教育的Codecraft是一款基于Scratch 3.0开发的图形化编程软件工具。

    打开在线版编程网址?;袢⊥罚篽ttps://ide.tinkergen.com/(推荐使用浏览器: Chrome。同时支持 Safari/ Firefox/ 360极速/ 360安全浏览器)

    默认是一个其它的???,我们可以在设备中选择添加设备,添加cyberEye???。

    载入完毕后可以看到,官方非常贴心的把各种功能??榈姆直鸸槔?,所以我们可以按照相应的功能需求直接从分类中获取需要的功能???,然后再根据自己的连接方式选择相应的信号管脚进行图形化编程。另外在上传程序的时候需要有相应的驱动,如果没有安装会提示你相应的安装步骤,基本上照着使用指导的步骤来就行了。

    安装驱动完成连接cyberEye开发板时会在电脑设备端看到端口,不过让人疑惑的是有两个,用哪个?或者两个都可以?

    实际试了下,发现两个都能连接,但是在连接的同时能上传的是COM8(以笔者电脑为例),判别的方法很简单,其一COM口会显示cyberEye COM8,其二会有查看我的固件的提示,其三会点亮可以上传的按钮。

    上传之后我们就可以将cyberEye核心板安装回机器小车上,当然,你也可以直接拿着小车来不用将核心板频繁的拆卸进行编程。

    下面是实际演示的情况。

    小车的自动巡线功能演示。

    另外笔者发现底板上装修铺设的“瓷砖”中间正好也是一条黑线,正好也可以用于小车的巡线,其次,在下面的功能中加上超声波传感器,在检测到障碍物的时候全速后退。

    识别跟踪。

    危险物的识别。

    代码很简单,用图形化编程的少年朋友都不需要接触神经网络就可以直接使用专注在功能上。

    危险物识别demo。

    官方给出的例程除了巡线等功能比较称赞外,关于机器视觉的这部分还有很大的提升空间,当然这跟摄像头本身的素质,神经网络模型的算法,训练的数据都有很大的关系,如果对这部分感兴趣的朋友就需要自己钻研了,对于这部分内容来说,官方的答复是后续会针对高级课程推出相关内容,目前提供的并不多??赡芩堑闹饕亩韵蠡故钦攵郧嗌倌昱笥?,关于AI,神经网络这部分内容并不适合青少年朋友,所以只实现基本的功能,这基本上满足青少年学编程的需求和目的了。

    小结

    柴火创客教育推出的AI机器人小车M.A.R.K相比市面上众多的人工智能小车明显要真智能许多,搭载了勘智K210 AI芯片的人工智能???,可以有效进行机器视觉和听觉方面的开发,因此,在笔者看来,除了使用图形化编程去实现小车的功能适合青少年,同样也适合对人工智能,对机器视觉听觉感兴趣的工程师朋友,市面上通常的机器视觉以及听觉的开发板虽然也有,但是缺少应用产品的支撑,而这个M.A.R.K.正是由人工智能芯片为核心的机器人小车,在你实际去研究神经网络模型、算法等的同时,还能在实际应用中测试体验自己的研究成果,何乐而不为呢?

     

    关于柴火创客教育AI机器人小车更多内容的介绍,也可以访问官方的详情页面:

    https://www.tinkergen.com/cn_mark

     

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