多机器人的创新组合开发技术

作者 高焕堂 台湾地区VR产业联盟主席、厦门VR/AR协会荣誉会长兼总顾问

　　除了制造机器人产品之外，创造多台机器人的协同合作，也是很有趣的、具有商业价值的。就如同花卉，我们不一定要自己当农夫种花卉，其实开花店、插花、卖捧花或花束等，可能更诗情画意、美不胜收呢。

1 创新组合：多机器人的协同开发

　　大家都知道，目前最流行的手机是基于Android操作系统的手机。目前市场占有率大约高达 80%了。此外，Android是采取Apache软件授权方式的开源软件，成为人人可以免费使用及自行修改的软件平台系统。

　　UBOT的全名是：UBOTeam(Unified Framework for Robot Team)。它是高焕堂团队基于Android平台的扩充，而成为机器人的共享编程环境及整合运行平台。它逐渐发展成为AIoT的共享程序开发及整合执行平台。UBOT的上层是App(提供用户接口)，而UBOT的下层是插件(Plugin)来促进机器人硬设备的客制化特性。而UBOT则是位于中间层的软件框架(Framework)，它是开源的软件系统(图1)。

　　当第三方开发者基于UBOT而开发出上层App时，开发者可以自行决定其App是否开源或闭源，亦即该App可以不开源。同样地，当开发者基于UBOT而开发出连接到硬设备的客制化插件(Plugin)时，仍由其开发者自行决定该插件程序是否开源或闭源，亦即该插件程序可以不开源。

　　如上所述，在UBOT里，其应用框架(App Framework)层是开源的，开发者可以将它汇入到Android Studio开发环境里使用，于是就可以使用您已经熟悉的Android SDK来开发多机器人的创新整合应用了，而不必花费心力于各机器人厂家的不同SDK，无论是学习或开发都会更加事半功倍了。

　　由于在开发多机器人的整合应用时，各机器人产品往往来自不同的厂商，各厂商也常推出针对自己产品的SDK(即 App开发环境)。此时，开发者面临多个SDK，各自独立、不能兼容，就会遭遇开发工作的复杂性，变得困难重重了。

　　其化解之道是：大家采用同一种SDK。在本文里，笔者建议采用Android SDK，让大家都能使用多数人已经熟悉的Android Studio来进行App的开发工作，就可以省去学习各厂商SDK的时间和负担了。

　　例如，一旦您使用Android Studio + UBOT(如蓝牙模块)开发出来一支针对Ironbot机器人的App，若想继续整合另一厂牌的Dobot机器人时，就不必再花时间学习Android Studio和UBOT了，直接动手开发约20%产品定制化的部分程序代码即可了，例如不同厂牌(或型号)的机器人，其传递信息的格式(Format)大多不相同，这就所谓的定制化部分。

　　以此类推，如果想继续整合更多个(不同厂牌)的机器人时，一样的不必花时间学习新的SDK，而迅速动手开发约20%产品定制化的部分程序代码即可。因而，学生的学习效率提高了，学习信心也提升了。

2 整合通信：以蓝牙技术为例

　　蓝牙设备能以固定的周期持续发送广播，手机端App扫描(接收)到广播后，解析广播包，然后可进行对设备的识别、配对、联机和数据读写等。于是，您的手机就能扫描到周边的蓝牙设备所发出的蓝牙信号了。接下来，就能进一步与这些设备建立联机(Connection)，才能对这些设备进行信息传递，例如从BLE设备读取信息或把信息写到BLE设备里，这些信息就包括了控制指令及相关的参数等。

　　在Android手机里的软件结构里(图2)，由myActivity模块提供UI画面，例如让用户随机选取一个RGB颜色，并依据该设备所能接受的信息格式，传递给myFacade去进行信息传送的任务。此时，myFacade会通过Session来将信息传送给BLEMessage，再转送给IronbotBLEMsg。

　　这IronbotBLEMsg接到从myFacade传来的讯息之后，就存入队列(Queue)里，然后依据先后顺序，逐一从队列里取出讯息传送给Android的BLE模块，然后以无线方式传送给蓝牙设备，此时履带车上的LED灯的颜色就改变了。

3 AI赋能：运用语音AI的多机协同合作

　　借助于UBOT/BLE框架的高度扩充能力，手机里的UBOT/BLE模块更能同步发送蓝牙讯息给多台机器人(如手臂和履带车)，顺利指挥多机的协同合作，展开团队行动。

　　例如下图里(如图3)，让Zenbo透过WiFi来与UBOT手机通讯。这样可以充分发挥Zenbo的AI语音功能，担任迎宾服务者的角色。

　　从图3里，可以看到人们通过语音AI来和Zenbo机器人(图3左上角)对话，然后Zenbo没有手，就拿Dobot手臂(图3右下角)来搭配起来，便能听从客人的指示而准确按下咖啡机(的按钮)，泡出客人想喝的咖啡了。

　　此时，如果再搭配匠客Ironbot机器人(图3左下角)来端送咖啡给客人，将是更加体贴的服务了。也就是，经由同一支UBOT/Android手机来精准安排Dobot泡咖啡，并且把泡好的咖啡交给Ironbot机器人，然后端送到客人面前。

　　在这个咖啡馆的范例里，是以Ironbot、Dobot和Zenbo三种机器人为主角，来进行创新组合，搭配语音AI的软硬整合应用案例，其中阐述了AI机器人的软硬整合技术，包括AI机器人的平台(Platform)架构，并详细说明其开源的软件原始码。这非常有助于学习AI时代的科技知识和体验。随着AI(人工智能)与机器学习能力的提升，与物联网(IoT)结合机器人的创新应用，将会更上一层楼。而以Android开发环境来演练Java和Python程序设计语言，将形成一个先进的智能物联网(AIoT)的程序设计学习环境。

4 稳定结构：善用Android的多进程机制

　　最简单的情况是让两台机器人(例如一台Dobot机器手臂和一台Ironbot履带车)能随时做创新组合、协同合作。当然也能进一步扩充为三或更多台的机器人，并且让它们进行更多花样的创新组合、协同合作(图5)。

　　为了兼顾扩充性和稳定性，在Android手机里可以把机器人的相关软件模块，各自安排在不同的进程(Process)里，例如这三只机器人的相关类别，各加载到不同的进程里执行(图6)。

　　在这个架构里，它们各自的相关类别都在各自的进程里执行，可以提升整个App的稳定性、安全性、扩充性和并行性等。

5 打造生态：基于UBOT的开放API

　　目前的手机市场中，Android平台的App数量已经超过400万了。基于其庞大的客户群，我们巧妙地从Android平台延伸出UBOT共享平台，将可替各种机器人产品，招来庞大的App开发者和使用群。同时，UBOT平台也来支撑众多的创客们来进行软硬件产品的创新。

　　因此，UBOT可带给App开发者许多帮助。就像Android平台一样迅速累积许多App开发者。这些App只要稍做调整，就能执行于新产品上，因而UBOT迅速为新产品带来众多的App，非常有助于创客的新产品迅速进入市场而获利。

　　至于下层的机器人硬件厂商，为了能迅速获得更多App，其机器人产品就会来支持这统一而开放的API。于是，上层累积愈多App，下层也会吸引愈多的机器人产品，上层和下层相互加乘，就形成一个蓬勃发展的生态(Ecosystem)了。

6 开放API：掌握API，才有话语权

　　在本文里，笔者拿UBOT机器人联合平台来做说明。并且拿Zenbo、Ironbot和Dobot三种机器人产品来组合创新，阐述最基础的机器人(Robot)软硬整合、共享平台、开放API、以及App的开发技术。其中的核心要素就是：API。掌握平台API的制定权，就能成为生态的盟主。此外，还要大胆开源软件和开放API，就能促进生态蓬勃发展。最后，也欢迎您参阅笔者的新书：《AI机器人、蓝牙与Android整合开发技术》。

　　本文来源于《电子产品世界》2018年第11期第81页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。