用於神經網絡傳感器集成的移動麵包板 - 💡 Fix My Ideas

用於神經網絡傳感器集成的移動麵包板

用於神經網絡傳感器集成的移動麵包板


作者: Ethan Holmes, 2019

為了成功地銷售家用機器人,他們必須耐用,高效,足夠聰明,能夠住在你的房子里而不會損壞你的東西。設計師傾向於把很多東西放在機器人的內部,我們忘記瞭如果他們要為我們工作,他們必須和他們住在一起,這意味著找到他們可以在沒有惹惱我們的情況下瞎扯的方法。

為此,我結束了使用各種低分辨率商用光學和触摸傳感器構建大量移動麵包板以探索生存能力。我最新的一個是用於研究長期家庭生存的“Huey”系列實驗流浪者。混合動力(電池和太陽能),該設備旨在探索最小的配置,通過光學引導自己的房子,試圖通過遵循光源和陰影避免撞到一切。

Huey自動漫遊車的初始組件。

定制的陽極氧化鋁部件和專用PCB允許可靠的原型具有良好的減速創傷彈性(即,意外踢出)。

關鍵部件是我在中國垃圾市場以3美元的價格購買的藍色手機充電器管。它需要一個標準AA電池並將其泵送至穩壓5v,700mA,效率約為80%。不是最好的,但比傳統電池組節省了不可思議的重量,因此我可以保持設計輕盈。也可以使用充電器。您可能會在許多剩餘市場中發現類似的管道,但請注意,它們通常需要重新工作以增強其接觸,電路和可靠性。不是電子嬌氣,但它們便宜,乾淨,堅韌,防水,並且與我的機器部件匹配,所以它們現在是我的許多研究原型的主要部分。

休伊的粗糙組件組裝。

上部孔將包含手工構建的8個元素徑向視網膜(4個方向,外圍和焦點傳感器),因此它可以看到3米距離或寬180度視野的差異陰影。你在有遠見的機器人中學到的第一件事就是眼睛越高,你必須忽略的地面就越少。因此,這種機器人的視力可以選擇性地用抑製或興奮信息填充其大腦(希望)做出明智的路徑決定。

其他傳感器將包括一個前後光學差分探測器,三個觸摸天線和一個鞭狀天線,以便在它開始翻倒時降低電機功率。

零件似乎合適。現在只需接線即可。

Huey的一個電機發動機艙,附有5瓦無短路電機驅動多路復用器PCB。

有一千種方法可以製作電機驅動器,但是這種方法具有彩色編碼輸入輸出和左右對稱,使連接直觀,快速。我的基本符號如下:

多路復用器元素的符號。

使用的電機是美國宇航局剩餘的Micromo減速電機 - 在這個應用中可能超額使用,但使用壽命為一千小時,採用鋰基潤滑脂和10W-30油改裝,使其安靜高效。由於休伊將在相當長一段時間內運作,額外的電機費用是值得的,特別是在同事和讚助商面前為期一周的示威期間,它無疑會受到影響。

和安靜的機器人?如果你和他們住在一起,他們最好不要比操作中的貓更響亮,這是我的標準規則之一。 :)

16元神經網絡(Nv)腦板與設置重置開關。

找到一批不錯的這些剩餘軟盤檢測開關是這種設計的主要動力。有了這些,在各種體系結構中從Nv循環配置數千種可能的過程模式之一就變得非常簡單。

作為背景,Nv分化神經元如下:

原始Nv神經元。

並且通過將它們佈置成環,可以配置不同的基本過程模式以在推拉佈置中驅動馬達。這款單芯片Nv Hexcore可以支持5種不同的圖案,這些圖案恰好與一般的昆蟲行走模式非常接近。

一個74C14六角施密特觸發器芯片。

在少至8個神經元之後,不同的過程模式呈指數級爆炸。

Nv神經模式。

但由於每個神經元的RC定時值可以通過偏置或傳感器輸入單獨設置,因此自適應模式的實際數量非常大。那麼在16個神經元中,小Huey是否有足夠的大腦來炫耀有趣的行為?是的,是的。

在黑色皮革鑄造沙發上進行系統集成測試,用於電氣隔離。

關於對稱的彩色編碼Nv設計,我喜歡的一件事是你可以在任何地方重新連接它們,只是為了嘗試一個新的參數或行為。能夠在您感興趣的窗口內更改和測試機器人的思維是我發現意外發現的最佳方法之一。

無論是建設性的還是破壞性的,隨意搞亂機器人大腦都很有趣,特別是當他們做正確的事情時,尤其是當他們在脅迫下做正確的事情時。

完成的15厘米高的機器人(30厘米帶有天線)運動樣品Braitenberg風格的光線避免對象配置。

Huey的電池續航時間比預期的要好8-10小時可充電,12小時使用鹼性AA。當然,如果它到達一個陽光明媚的地方,Sunceram太陽能電池(背面)和5 Farad超級電容接管,這意味著它會一直運行直到它被困住。在最智能的電源配置中,電池只是充當“葡萄糖儲存”,可以通過能源荒地將其從一個利息源轉移到另一個利益源。隨著陽光在地板和牆壁上緩慢移動,Huey的視覺系統使他能夠在障礙物周圍找到新的路徑,很少會碰到它們。

我當然不會一直看著它。我一般會注意到它在電腦桌上徘徊或在我看電視時在屏幕下游行(被我懷疑的紅外線吸引)。我注意到它是多麼容易生活,到目前為止,它符合期望。

一個活躍的運行實驗,顯示黑暗中的過程模式。綠眼LED可以讓我在被困在椅子或桌子下時找到它。

我使用多個表面貼裝LED製作我的自定義神經網絡板,通常稱為“BLIFNAR”(無明顯原因的閃爍燈光),這是我特效日的首字母縮略詞。這些應該更準確地稱為“BLIFAR”,因為它們的目的是讓我知道生物的大腦在它徘徊時或正在接線時發生了什麼。

是的,模擬允許你處理活腦 - 一個功能。問題在於,即使經過多年的研究,將復雜的行為與LED相關聯也很困難,因為同時發生了很多事情(傳感器,過程,迭代樞軸點),特別是當它徘徊時,特別是當它掙扎時,特別是當你能夠不能幫助它,因為這會破壞目的。

研究自主思維兒童時面臨的最大挑戰之一是避免干擾,測試他們如何能夠站在自己的兩個舵機上,就像它一樣。要讓他們犯錯誤;然後你觀察;然後你建立了具有更好的反應能力和自動能力的新機器。這就是你如何監督極簡主義物種的存在。

(謝謝​​David Brin。)

Hyy 1.2在漫遊巡邏中,鞭狀天線充當平衡傳感器,通過降低電機功率使其保持在粗糙表面上。

過高的垂直行走麵包板的一個優點是,如果它變得真正麻煩,它就像烏龜一樣落在它的背上(像許多寵物主人一樣,我已經知道沒有噪音通常是麻煩的跡象) 。此功能使這種特殊的長效機器人不會對家具和地毯造成嚴重的磨損。

當然,它本身也很容易修復。我的地毯不是。我從經驗中知道。

有關BEAM Robotics和Biomech研究的更多信息,請訪問Google“Mark Tilden Robot”或查看“BEAM Robotics”,查看我們25年的歷史,計劃,工具包,科學或數百萬個有趣的人形機器人在你的雜貨店的冰櫃裡。

或在線商店。這也有效。


本週標誌著Make:第39卷 - 機器人技術的正式發布,它將於27日在報攤上播出。請務必在您附近的零售商處獲取副本,或立即在線訂閱,不要錯過其他問題。

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