多機(jī)器人的創(chuàng)新組合開發(fā)技術(shù)

作者 高煥堂 臺(tái)灣地區(qū)VR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主席、廈門VR/AR協(xié)會(huì)榮譽(yù)會(huì)長(zhǎng)兼總顧問

　　除了制造機(jī)器人產(chǎn)品之外，創(chuàng)造多臺(tái)機(jī)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(dāng)農(nóng)夫種花卉，其實(shí)開花店、插花、賣捧花或花束等，可能更詩(shī)情畫意、美不勝收呢。

1 創(chuàng)新組合：多機(jī)器人的協(xié)同開發(fā)

　　大家都知道，目前最流行的手機(jī)是基于Android操作系統(tǒng)的手機(jī)。目前市場(chǎng)占有率大約高達(dá) 80%了。此外，Android是采取Apache軟件授權(quán)方式的開源軟件，成為人人可以免費(fèi)使用及自行修改的軟件平臺(tái)系統(tǒng)。

　　UBOT的全名是：UBOTeam(Unified Framework for Robot Team)。它是高煥堂團(tuán)隊(duì)基于Android平臺(tái)的擴(kuò)充，而成為機(jī)器人的共享編程環(huán)境及整合運(yùn)行平臺(tái)。它逐漸發(fā)展成為AIoT的共享程序開發(fā)及整合執(zhí)行平臺(tái)。UBOT的上層是App(提供用戶接口)，而UBOT的下層是插件(Plugin)來(lái)促進(jìn)機(jī)器人硬設(shè)備的客制化特性。而UBOT則是位于中間層的軟件框架(Framework)，它是開源的軟件系統(tǒng)(圖1)。

　　當(dāng)?shù)谌介_發(fā)者基于UBOT而開發(fā)出上層App時(shí)，開發(fā)者可以自行決定其App是否開源或閉源，亦即該App可以不開源。同樣地，當(dāng)開發(fā)者基于UBOT而開發(fā)出連接到硬設(shè)備的客制化插件(Plugin)時(shí)，仍由其開發(fā)者自行決定該插件程序是否開源或閉源，亦即該插件程序可以不開源。

　　如上所述，在UBOT里，其應(yīng)用框架(App Framework)層是開源的，開發(fā)者可以將它匯入到Android Studio開發(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)開發(fā)多機(jī)器人的創(chuàng)新整合應(yīng)用了，而不必花費(fèi)心力于各機(jī)器人廠家的不同SDK，無(wú)論是學(xué)習(xí)或開發(fā)都會(huì)更加事半功倍了。

　　由于在開發(fā)多機(jī)器人的整合應(yīng)用時(shí)，各機(jī)器人產(chǎn)品往往來(lái)自不同的廠商，各廠商也常推出針對(duì)自己產(chǎn)品的SDK(即 App開發(fā)環(huán)境)。此時(shí)，開發(fā)者面臨多個(gè)SDK，各自獨(dú)立、不能兼容，就會(huì)遭遇開發(fā)工作的復(fù)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(shù)人已經(jīng)熟悉的Android Studio來(lái)進(jìn)行App的開發(fā)工作，就可以省去學(xué)習(xí)各廠商SDK的時(shí)間和負(fù)擔(dān)了。

　　例如，一旦您使用Android Studio + UBOT(如藍(lán)牙模塊)開發(fā)出來(lái)一支針對(duì)Ironbot機(jī)器人的App，若想繼續(xù)整合另一廠牌的Dobot機(jī)器人時(shí)，就不必再花時(shí)間學(xué)習(xí)Android Studio和UBOT了，直接動(dòng)手開發(fā)約20%產(chǎn)品定制化的部分程序代碼即可了，例如不同廠牌(或型號(hào))的機(jī)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。

　　以此類推，如果想繼續(xù)整合更多個(gè)(不同廠牌)的機(jī)器人時(shí)，一樣的不必花時(shí)間學(xué)習(xí)新的SDK，而迅速動(dòng)手開發(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(xí)效率提高了，學(xué)習(xí)信心也提升了。

2 整合通信：以藍(lán)牙技術(shù)為例

　　藍(lán)牙設(shè)備能以固定的周期持續(xù)發(fā)送廣播，手機(jī)端App掃描(接收)到廣播后，解析廣播包，然后可進(jìn)行對(duì)設(shè)備的識(shí)別、配對(duì)、聯(lián)機(jī)和數(shù)據(jù)讀寫等。于是，您的手機(jī)就能掃描到周邊的藍(lán)牙設(shè)備所發(fā)出的藍(lán)牙信號(hào)了。接下來(lái)，就能進(jìn)一步與這些設(shè)備建立聯(lián)機(jī)(Connection)，才能對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行信息傳遞，例如從BLE設(shè)備讀取信息或把信息寫到BLE設(shè)備里，這些信息就包括了控制指令及相關(guān)的參數(shù)等。

　　在Android手機(jī)里的軟件結(jié)構(gòu)里(圖2)，由myActivity模塊提供UI畫面，例如讓用戶隨機(jī)選取一個(gè)RGB顏色，并依據(jù)該設(shè)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Session來(lái)將信息傳送給BLEMessage，再轉(zhuǎn)送給IronbotBLEMsg。

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

3 AI賦能：運(yùn)用語(yǔ)音AI的多機(jī)協(xié)同合作

　　借助于UBOT/BLE框架的高度擴(kuò)充能力，手機(jī)里的UBOT/BLE模塊更能同步發(fā)送藍(lán)牙訊息給多臺(tái)機(jī)器人(如手臂和履帶車)，順利指揮多機(jī)的協(xié)同合作，展開團(tuán)隊(duì)行動(dòng)。

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

　　從圖3里，可以看到人們通過語(yǔ)音AI來(lái)和Zenbo機(jī)器人(圖3左上角)對(duì)話，然后Zenbo沒有手，就拿Dobot手臂(圖3右下角)來(lái)搭配起來(lái)，便能聽從客人的指示而準(zhǔn)確按下咖啡機(jī)(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(jī)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(jī)來(lái)精準(zhǔn)安排Dobot泡咖啡，并且把泡好的咖啡交給Ironbot機(jī)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(jī)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(yīng)用案例，其中闡述了AI機(jī)器人的軟硬整合技術(shù)，包括AI機(jī)器人的平臺(tái)(Platform)架構(gòu)，并詳細(xì)說(shuō)明其開源的軟件原始碼。這非常有助于學(xué)習(xí)AI時(shí)代的科技知識(shí)和體驗(yàn)。隨著AI(人工智能)與機(jī)器學(xué)習(xí)能力的提升，與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)結(jié)合機(jī)器人的創(chuàng)新應(yīng)用，將會(huì)更上一層樓。而以Android開發(fā)環(huán)境來(lái)演練Java和Python程序設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)學(xué)習(xí)環(huán)境。

4 穩(wěn)定結(jié)構(gòu)：善用Android的多進(jìn)程機(jī)制

　　最簡(jiǎn)單的情況是讓兩臺(tái)機(jī)器人(例如一臺(tái)Dobot機(jī)器手臂和一臺(tái)Ironbot履帶車)能隨時(shí)做創(chuàng)新組合、協(xié)同合作。當(dāng)然也能進(jìn)一步擴(kuò)充為三或更多臺(tái)的機(jī)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(kuò)充性和穩(wěn)定性，在Android手機(jī)里可以把機(jī)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(jī)器人的相關(guān)類別，各加載到不同的進(jìn)程里執(zhí)行(圖6)。

　　在這個(gè)架構(gòu)里，它們各自的相關(guān)類別都在各自的進(jìn)程里執(zhí)行，可以提升整個(gè)App的穩(wěn)定性、安全性、擴(kuò)充性和并行性等。

5 打造生態(tài)：基于UBOT的開放API

　　目前的手機(jī)市場(chǎng)中，Android平臺(tái)的App數(shù)量已經(jīng)超過400萬(wàn)了?；谄潺嫶蟮目蛻羧?，我們巧妙地從Android平臺(tái)延伸出UBOT共享平臺(tái)，將可替各種機(jī)器人產(chǎn)品，招來(lái)龐大的App開發(fā)者和使用群。同時(shí)，UBOT平臺(tái)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開發(fā)者許多幫助。就像Android平臺(tái)一樣迅速累積許多App開發(fā)者。這些App只要稍做調(diào)整，就能執(zhí)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(jī)器人硬件廠商，為了能迅速獲得更多App，其機(jī)器人產(chǎn)品就會(huì)來(lái)支持這統(tǒng)一而開放的API。于是，上層累積愈多App，下層也會(huì)吸引愈多的機(jī)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 開放API：掌握API，才有話語(yǔ)權(quán)

　　在本文里，筆者拿UBOT機(jī)器人聯(lián)合平臺(tái)來(lái)做說(shuō)明。并且拿Zenbo、Ironbot和Dobot三種機(jī)器人產(chǎn)品來(lái)組合創(chuàng)新，闡述最基礎(chǔ)的機(jī)器人(Robot)軟硬整合、共享平臺(tái)、開放API、以及App的開發(fā)技術(shù)。其中的核心要素就是：API。掌握平臺(tái)API的制定權(quán)，就能成為生態(tài)的盟主。此外，還要大膽開源軟件和開放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：《AI機(jī)器人、藍(lán)牙與Android整合開發(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)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。