Boxie自主机器人：33分钟深度解析 | Marvelmind

0:01 各位同事好。今天我们将深入介绍我们的新机器人——Marvelmind Boxie。这款机器人用来做什么？首先是自主配送，其次是科研、教育以及各种开发。我们先从基本情况说起。机器人尺寸约为31厘米×31厘米，高度大概……15厘米左右……我请同事拿把尺子来，稍后再展示更多细节。重量为4.5公斤，运动学结构如下：有两个驱动轮，还有

0:58 两个万向轮。底盘由金属制成，非常坚固，因为它的载荷可达10公斤。它能做什么？首先，什么是机器人？机器人必须能做到三件主要的事情。其一，机器人必须能够感知环境，因此它配备了大量不同的传感器；总的来说，传感器融合是任何自主机器人的关键。其二，机器人必须能够处理信息，能够记录信息并从记忆中调取过去的信息。其三，机器人必须能够执行动作，对周围环境产生影响。就我们而言，首先是配送，但不仅限于此。

1:56 它还有很多其他接口，稍后会讲到，因为这款机器人就是为扩展而开发的。实际上它就像一台拖拉机，设计用来搭载额外的设备。您现在看到的是我们所说的标准配置：它包含基础部分，配有Intel RealSense激光雷达和3D摄像头，以及标准电池。如果您去我们的网站查看，基础配置与此相同，只是没有Intel RealSense。高级配置的内容也都一样，但内部有更多电池以提供更大容量，还有不少其他内容，比如

2:56 固定 信标 也包含在内，另外还有延长保修，以及按需提供的额外培训。我们稍微回顾一下。都有哪些传感器？非常非常多。因为机器人的工作环境充满挑战，而这恰恰是真正的机器人与那些用于实验室或演示的机器人的区别所在。仓库、装配厂、制造工厂等真实环境非常复杂：可能有噪声，可能有强光，也可能没有光，机器人必须能在所有这些环境中运行，依靠一个、两个、三个甚至更多传感器进行传感器融合。那么，都有哪些传感器呢？

3:55 当然，首先是我们自己的精确的新导航系统。如您所见，这里有两个全向麦克风，每个全向麦克风内有四个麦克风，因此每个都能覆盖360度，而这样的全向麦克风有两个。它们之间的基线不仅可以用来测量非常精确的位置，还能测量方向：以厘米级精度计算出每个点的位置，再结合基线，就能以几度的精度知道机器人的朝向。当然，这始终与惯性测量单元配合工作。机器人内含多个IMU。实际上，机器人内部嵌入了两个Super-Beacon。

4:53 您可以看到这些麦克风属于 Super-Beacon，还可以看到它们的换能器——在这里它们被用作声呐，但它们是机器人内部Super-Beacon的一部分。我使用的是Super-Beacon，它们是开放的，您也可以使用。和往常一样，这里我使用了陀螺仪。陀螺仪会漂移。为了消除漂移，配对 信标 配置会抵消漂移。也就是说，您同时获得了超高精度、超准确的IMU，并且没有漂移，因为漂移已经通过配对 信标 配置消除了。这与我们通常提供的配对 信标 配置没有区别。

5:50 这就是配对 信标。它与这款小机器人的“大哥”也没有区别——我们面向工业应用的机器人 V100，同样实现了精确的室内导航和定位，并利用配对信标获得位置和方向。当然，既然这是机器人，而我们又一直在讲传感器融合，它定位时用的不仅是这些，还有里程计。这里有两个车轮，每个车轮都内置里程计，里程计数据也可以通过API提供给您，当然机器人自身也用它来自主行驶。因此它会在定位、

6:47 IMU和里程计之间进行融合。不过我们知道，很多情况下客户希望有一个选项——不一定是必需，而是一个选项——使用光学导航。为此我们提供Intel RealSense 3D。激光雷达显然用于构建环境地图和识别障碍物，3D用于定位。两者结合是一个很好的方案。但光学方案与室内GPS方案之间有一个非常大的“但是”。使用室内GPS方案，比如行驶50米后，仍能以2厘米精度回到同一点。无论行驶多远，总能以2厘米精度返回。这就是

7:45 所谓的绝对定位。光学跟踪不是绝对定位，它始终是相对跟踪。RealSense表现很好，能满足要求，其闭环精度大约为1%。这意味着，如果行驶100米再返回，按官方指标，可能会偏离出发点多达1米。对于这种尺寸的机器人，乃至一般情况而言，这个偏差都相当大。也就是说，光学方案很适合在没有额外信标的情况下进行一般性移动。比如我们的室内GPS确实需要在周围布置固定信标网络，但光学方案也并非没有局限。所以我们为您提供

8:44 多种选择：仅用室内GPS；或者室内GPS的位置加方向，再加里程计，再加RealSense光学方案，作为传感器融合的补充。以上说的是机器人的位置，这是自主驾驶、自主导航和室内定位的核心要求。但您周围还有障碍物，需要检测并绕过它们。我们有多种传感器来处理这个问题。如前所述，RealSense也能完成这项工作，但有时实现起来太复杂，确实需要大量计算和大量软件才能解决。此外，我们还有用于障碍物检测的一维激光雷达。它们

9:43 在黑暗环境中，检测距离可达4米；在一般环境、即光线很强的环境中，可达1米。我们当然建议至少设为这个距离。这些数据同样可以通过API获取。我所说的一切既用于自动驾驶，也可以供您通过API在机器人之上开发自己的系统。如果缺少某些功能，尤其是在初期，请告诉我们，我们会为您开放，因为这些功能我们自己也在用，很乐意向您开放相应的API。也就是说，您可以自行开发，比如接管车轮的控制。机器人使用我们自己的自动驾驶系统和软件行驶，但您也可以自己来做。您可以把机器人当作现成的底盘，它带有硬件、驱动程序、软件以及传感器等许多其他部件。

10:42 您也可以通过API构建自己的自动驾驶机制，而不使用我们的。我可能会重复，但请记住：激光雷达。机器人有多个激光雷达——前面两个，角上三个，或者说角上两个、侧面一个，背面还有几个。但它们都是光学的。有时您可能会遇到构成障碍、但光学激光雷达看不到的物体，比如反光太强或太透明的物体，或者像网格一样的东西。激光雷达无法检测网格，或者有时无法检测。那就相当棘手了。

11:41 这时声呐就能派上用场。定位采用传感器融合这一逻辑，障碍物检测也采用同样的逻辑。再说一遍，有RealSense 3D激光雷达，有我们自己的一维激光雷达，还有声呐。所有这些结合在一起，帮助机器人在真实环境中检测并应对障碍物。当然，还有一些其他传感器，您可能不会把它们当作传感器，但它们确实是。例如，您测量电流消耗：机器人正常行驶时，您监测电机消耗的电流；然后突然，比如说所有手段都漏检了——声呐没检测到，

12:39 激光雷达、3D激光雷达，所有手段都没检测到。像这样的物体非常非常难感知，因为它尖、细，而且不反射信号。比如您没注意到，机器人也没注意到，机器人就会直接开始推它。通过检测电流，您可以发现行驶状态出现了某种变化。所以从这个角度看，电流检测也是障碍物检测、进而避障的一部分。当然，电流检测本来就用于估算电池续航、与客户和用户沟通等等。所有这些都可以获取。传感器融合、传感器融合、传感器融合——就像一句箴言，它是任何自主机器人的关键。

13:38 机器人内部有很多不同的传感器。但传感器只是自主机器人的组成部分之一，还不够，您还必须有处理能力。下面来谈谈处理器、电路板以及内部的整体处理能力。我们有多个层级、多块电路板。核心是Raspberry Pi。内部装有大名鼎鼎的Raspberry Pi——一款小巧、低功耗、带无线连接的Raspberry Pi Zero。这样您自然就拥有了运行在Raspberry Pi上的强大Linux、Raspbian和ROS。当然，接口也向您开放——标准的40针接口，与

14:37 网上能查到的完全相同。这些接口都是开放的，其中一些在内部使用，但大部分可以直接供您使用。所以Raspberry Pi是关键的上层计算机和处理单元。我们会用到它，但大部分算力和内存都留给您，用于在机器人上搭载和配合使用的外部设备。当然，处理器不止这一个，内部还有我们自己的电路板。这些引脚属于里程计板，里程计板也有40个引脚，但这些引脚属于更底层的接口。例如，您有一台设备，想要打开或关闭它，比如您的机械臂或您的——

15:38 摄像头或某个夹爪。您可以直接从这里供电：12伏、5伏，还可以控制接地。也就是说，40个引脚加上接地，都可以开关控制。所有功能都通过这些引脚实现，当然也都可以通过API调用。此外还有一块显示屏，它本质上是一部Android手机。所以您有两个上层处理器：可以在Raspberry上运行ROS，还有Android。终端用户界面用哪个由您决定。我稍微快进一下。这里有HDMI——

16:36 这个HDMI连接到Raspberry，您可以轻松接上鼠标、键盘和HDMI显示器，把软件和程序直接上传到Raspberry，在上面原生运行并进行各种调试。不仅如此，您还可以从某些电源输出或安装在这里的外部附加电池为显示屏或显示器供电，如果开发需要，甚至可以把显示器装在机器人上运行。我们再回到计算机。您可以使用哪些计算机？首先是作为上层计算机的Raspberry，然后是我们的里程计板，它是控制所有其他电路板的主控板，可以直接访问许多部件——

17:36 比如电源开关、直接控制从Super-Beacon接收的数据，以及比Raspberry更底层的许多其他部件。此外，作为用户界面，还有Android手机，它提供很多其他功能，这个稍后再谈。关于底盘：如前所述，主要应用是从A点到B点的配送。请看我们的视频。它承载10公斤完全没有问题，而且非常坚固。底盘由金属制成——我想是2毫米，或者1.5毫米厚。所以非常非常坚固。它能承受很大的载荷，但建议载荷在10公斤以内。内部电池的容量实际上受到——

18:36 航空运输允许的容量上限限制，即100瓦时。这是目前允许运输的容量，所以也是我们建议安装的容量上限，高级配置用的就是这个容量。基础配置的电池更小，标准配置居中。还有什么？如您所见，底盘上有很多孔。这些孔不是用来通风的，而是为您的特定电路板设计的。是哪些电路板？孔位已经预先设计好了。当然有Arduino。是的，在这么先进的机器人上安装Arduino似乎有点奇怪，但为什么不呢？所以有专门为Arduino设计的孔位。

19:35 也有专门为额外的Raspberry设计的孔位。我们一向建议，如果可能，安装您自己的Raspberry：从USB或这里的电源取电，完全独立于我们的Raspberry来运行您的程序或应用。这能简化开发。所以支持Arduino、Raspberry和Jetson，Jetson也可以安装。您可以全部安装，也可以只装其中一部分，由您选择。当然还有常规安装孔，用于安装机械臂、箱子或机器人要搬运的其他附加设备。如果您需要稍有不同的配置，请告诉我们，因为配置是可以调整的。我们可以根据您的具体需要和

20:34 具体要求按需生产。再多说几句电池。由于机器人需要承载较重的货物并长时间行驶，实际上这整块区域都是电池，专门用来放电池。默认电池约为4000毫安时，也就是4安时，总容量约50瓦时，上限为100瓦时。但除了内部的容量，您还可以轻松加装多层电池，如果愿意，可加装多达10公斤的电池，然后在内部连接即可，非常简单。我请同事把电池拿过来，

21:34 我来演示一下电池。连接额外的电池非常容易。如有需要可以加装，电池是12伏的，这个电压很常见，便于使用和处理。下面来谈谈接口。如前所述，接口在这里。不过在讲接口之前，再说两句电池。内部装有类似的电池，只需像这样连接，就可以接上越来越多的电池。首先，您可以像这样在内部加装电池，直到装满为止。内部有专门的支架来固定电池。如有需要，您还可以在

22:35 这里加装一大层电池，这样12伏电池的容量可达数十安时。下面说接口。对任何机器人来说，接口都是非常重要的部分，因为机器人必须感知环境、处理环境信息，并对环境输出动作。主要的输出是配送，也就是驱动电机，但不仅限于此。机器人有哪些接口？刚才已经展示过，是USB。USB简单易用。这些USB连接到Raspberry，许多其他电路板也连接到Raspberry。是哪些电路板？当然有里程计板，还有Intel

23:34 RealSense和 Super-Beacon。因此机器人内部有一个相当庞大的USB网络，外部这里有六个USB接口可用。另外按惯例，内部还有一个接口：比如您要连接必须安装在顶部的设备，又不想用机器人背面的接口，就可以把USB接到那里。还有什么？HDMI。如果需要在内部Raspberry上运行程序，这非常方便。当然还有电源开关。这个开关相当于存放时用的总开关。正常情况下，我们建议永远不要关闭机器人，因为机器人就是机器人，机器人始终在线。您可以让机器人进入休眠，就像

24:33 所有Marvelmind设备一样。您可以让机器人休眠，它就会休眠，之后再唤醒即可，不需要物理关机。但在存放、寄送或运输时，请务必使用外部开关，它会彻底切断电源。充电：常规充电为1安，这是我们随机提供的。如果需要更快的充电，我们提供选配的快速充电器，速度大约是常规充电器的5到10倍。特别是内部装了更大容量的电池时，选配快速充电器是个很好的选择。机器人上有几个按钮，它们就像鼠标按键一样，您可以为它们分配许多不同的

25:30 任务。目前它们只用于在不同模式之间切换，这个是暂停和休眠按钮。不过这些按键的功能是通过API分配的，您几乎可以分配任何功能。所以它们是功能按钮。当您不想控制、不想再安装其他东西、也不想通过Dashboard控制时，可以把机器人的几乎任何功能分配给这些按钮。当然还有复位按钮。复位功能必须始终具备。我们的机器人很可靠，但复位必须始终存在。再提醒一下，这些是12伏电池，因此随机提供的是12伏充电器。

26:30 接口有哪些？就是这40个引脚。您可以看到Raspberry的40个引脚：提供I2C、UART、SPI、立体声音频以及一些通用GPIO。这边的引脚几乎相同，但更多。我已经提到可以为外部设备开关电源。首先是I2C，可进行更底层的控制，例如控制传感器。您可以通过API从里程计板或Raspberry获取相同的数据，这完全取决于您的应用，取决于您希望接入系统的深度和层级。所以I2C、UART、SPI都可用。供电：5伏，可开关；12伏，可开关；

27:30 接地，可开关。其他内容请查看 手动（中文） 了解更多详情。不过这只是物理连接。物理连接当然很好，但不是全部。还有无线连接，机器人内部有丰富的无线连接方式。首先是Wi-Fi。由于有Raspberry Pi Zero，它直接为Raspberry Pi Zero提供Wi-Fi连接，使用很方便，当然手机里也有Wi-Fi。手机的Wi-Fi有时很方便，适合运行在Android上的应用。但对于更偏机器人控制、而非界面类的应用，建议使用这个Wi-Fi。这里也有蓝牙。手机上还有2G、3G和4G，

28:29 当然，您需要自备SIM卡。它实际上就是一部普通的Android手机，您把它用作显示屏，还有很多其他好用的功能。如前所述，有2G、3G、4G连接，需要时还有额外的Wi-Fi，以及GPS。是的，机器人主要面向室内应用，但既然有GPS，为什么不用呢？所以GPS也可以通过蓝牙供您使用。还有什么？我们再详细谈谈传感器。我已经提到过传感器，比如RealSense的传感器，基本上可以直接复用。首先，您可以在这里通过USB连接外部设备来使用它们，也可以在

29:29 Raspberry上把它们作为传感器融合的一部分来使用。不过这种情况下，您需要进行相当深入的操作，才能从传感器融合中提取这些数据，因为我们自己也在使用它们。如果您断开这个数据源，就可以在自己的外部开发板上做很多事情，但这时整个传感器融合也要由您负责，您的开发板必须在上层完成传感器融合。前面板上还有什么？我逐一介绍一下。这些LED主要用于机器人之间的光通信、与用户的光通信，以及在黑暗环境中提供照明，帮助RealSense工作。

30:30 开头提到过，不同类型的传感器总会面临各自的挑战。环境噪声太大时，超声波定位可能失效，因为周围实在太吵；或者机器人开到桌子下面，看不到固定信标，这时就需要依靠里程计和RealSense。里程计和RealSense在行驶中都会累积误差，然后再利用基于超声波的室内GPS系统的绝对定位来消除误差。所以整体结合起来效果很好，而单独使用时，根据环境不同可能会遇到一些挑战。光学方案显然在周围没有光线时会遇到困难，这时这些LED就能提供照明。再说声呐，如前所述，就是普通的声呐，没什么特别的：这些负责发射，这些负责接收。

31:29 首先，您可以检测周围的物体，即超声波能感知到的常见物体，甚至还能大致判断物体的方向：可以只用这个发射、用这个接收，从而得知物体的方向；或者用这个发射，再根据到达时间差判断物体的方向。这为障碍物检测提供了额外的数据，而不仅仅是“我用这个听到了，所以物体一定在这附近”。它比这更精确。再总结一下，这款机器人专为配送、搭载附加设备以及其他众多应用场景而设计——应用场景真的非常多。

32:28 它在连接方面提供了很大的灵活性：上层连接、底层连接以及供电。对了，我还没提到正面的另一个摄像头——朝上的摄像头，例如用于识别二维码或定位。它当然连接到Raspberry，是一款标准摄像头。它与其他所有系统互为补充，是传感器融合的一部分，可用于不同用途。坚固、易于扩展、易于操作、整体灵活——因为我们知道客户把机器人用于非常多不同的应用。它在设计上就很灵活；如果您需要更多功能、需要特别的东西，或者想增加某些功能，请告诉我们。我们在这方面同样灵活，很乐意为这款 Boxie 机器人打造特定的定制配置。非常感谢。