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与龙相遇 愿望成真

故事起源于一位居住于美国科罗拉多斯普林斯(Colorado Springs)的14岁女孩,她的名字叫Belle,她是一位罹患癌症且行动不便的孩子,出于健康考虑,她和她的家人都不能够抚养宠物。Belle对龙的世界非常着迷,甚至希望有一只龙能够成为她的宠物。通过愿望成真基金(Make-A-Wish Foundation)的协助,Belle与她的家人于2019年初拜访了艾睿电子的总部,并开始讨论如何为Belle做出一只龙,这个神奇的想法,在经过众人的努力下,逐渐成为现实。

愿望成真基金成立于1980年,是一个国际非营利组织,服务宗旨为替患有重病的儿童达成愿望,希望透过「愿望成真」的体验,令他们的人生充满希望、毅力及欢乐。「许愿儿童」(Wish Child)的愿望非常多样,有些是希望得到一件玩具,或是到外地游玩,也有些希望与偶像名人见面相聚。dISesmc

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居住于美国科罗拉多斯普林斯的Belle患有癌症,她的状况使她不可能养宠物,由于Belle对龙深深着迷,对于龙的各种信息,她都非常感兴趣,并会去了解所有关于龙的书籍和电影,她的愿望灵感来自于《火焰之翼》(Wings of Fire)系列图书和《Dragon Vail》电子游戏,她会在她的日记本与素描本中,描绘出她幻想中龙的样子。Belle向“愿望成真基金”寻求帮助,愿望成真基金则与艾睿电子联系,希望能够制造出一只宠物龙,以帮助实现Belle的愿望。Belle和她的家人于2019年初访问了艾睿电子,艾睿电子决定通过技术帮助实现Belle的愿望。这个机器龙将是她的宠物,它能够认出Belle,并很高兴与她一起玩耍。当她沮丧时,它能够振奋她的精神,并鼓励她勇敢追梦,藉由Belle照顾龙的过程,这只机器龙将是她最忠实的伙伴。dISesmc

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艾睿电子召集了相关的厂商来共同实现Belle的愿望,艾睿电子提供技术解决方案和工程服务,并与机器人创新者Caleb Chung和他的团队合作打造了这只龙,Caleb Chung的团队负责设计机器人玩具和动画外型,ADI公司则是重要组件的冠名赞助商和供应商,欧特克(Autodesk)捐赠了设计软件,ServoCity提供了驱动伺服电机来帮助龙移动,Emerge Studios则负责拍摄神奇的虚拟现实(VR)旅程,这将使Belle能够找到并遇见她的龙,同时降低医疗风险。dISesmc

艾睿电子工程师与供应商密切合作,以龙的形式为伴侣机器人制作原型,参考了Belle对龙的动态能力(动作、面部识别、手势和互动)及其外观,向技术团队提供建议。做为一只宠物龙的主要作用是提供情感支持和参与,Belle可以和她的龙通过语音、触摸和视觉识别进行交互,此外,还提供一些配件,包括食物(金橘、甘蓝、秋葵、蜂蜜),还有一个玩具,以及可对龙进行充电的“巢”。dISesmc

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Belle的龙于2019年秋季开始开发,原型于2020年完成,最终组装和程序设计于2021年初完成,并于2021年4月初与Belle正式见面,Belle受到这只龙独特而多彩鳞片的启发,为这只宠物龙命名为“Dusk”(薄暮之龙-达斯),Belle每天都会陪着他玩,而且在她的房间的梳妆台上,还特别为他保留了一个位置,能够感受到Belle对她的宠物龙的喜爱与重视。dISesmc

艾睿电子秉持着取之于社会用之于社会的精神,对于公益活动一向不遗余力,能够参与「愿望成真」的计划,为Belle创造一只宠物龙,实现她饲养宠物的愿望,在看到Belle露出笑容的那一刻,所有的努力与付出,都在那一刻获得了回报。dISesmc

于2019年,艾睿电子便携手15个国家和地区的公益机构,共同开展创新性慈善活动和设计项目,惠及近270万人。在这些全球性的公益行动中,艾睿电子的员工功不可没。他们积极地举办了一系列精彩且富有意义的公益活动,足迹遍布多个国家和地区,并与慈善机构合作,参与为贫困群体而发起的慈善长跑、工作坊、慈善捐赠,并与员工共同开拓视野、回馈社会,艾睿电子公益团队成员也从这一系列慈善活动中受益良多。dISesmc

企业社会责任(CSR)活动的成功开展,离不开每一位艾睿电子员工的支持。未来艾睿电子仍将致力于服务员工生活与工作,强化社群支持,并持续推进企业社会责任的使命,引领创新,开拓美好明天。dISesmc

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电子集结了一个由工程师、设计师和开发人员组成的团队,以创建一只机器宠物龙。这只龙可以执行哪些功能呢?又要由什么组件来组成这只龙?以及该项目要如何利用现代原型方法的优势呢?dISesmc

这个故事起始于一位来自科罗拉多斯普林斯(Colorado Springs)的14岁女孩,她的名字叫做Belle。dISesmc

Belle从小就对龙深深着迷,无论是龙的成长、行为、飞行方式,以及它们所吃的东西,她都有兴趣去了解。她一心一意地学习所有关于龙的书籍和电影,并纪录在自己的日记与素描本中,以描绘出她在幻想中所创造出来龙的样子。dISesmc

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由于Belle患有癌症,因此她会在条件允许的情况下上学,但行动将会有些不便。更令人沮丧的是,出于健康考虑,她和她的家人都不能够抚养宠物。dISesmc

这便是科罗拉多“愿望成真基金”(Make-A-Wish)计划介入的时候了。“愿望成真”基金会协助重症儿童实现改变生活的愿望。在他们的帮助下,Belle和她的家人于2019年初拜访了艾睿电子的总部,并开始讨论如何为Belle做出一只龙。dISesmc

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艾睿电子组织了一个由其工程师、技术供应商和动画电子产品开发人员组成的团队,以龙的外观构建出社交机器人的原型,以便使其成为Belle的伙伴。他们咨询了Belle的意见与想法,并参考了她的素描本,以了解有关龙的大小、形状、外观、动作和个性的各种信息。dISesmc

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该团队包括机器人创新者Caleb Chung、半导体供应商ADI(Analog Devices, Inc.)、设计软件提供商欧特克(Autodesk),以及这次神奇的虚拟现实(VR)旅程的创建者Emerge Studios,以便Belle可以探索整个龙的王国,并以最小的医疗风险使她能够与龙相遇。dISesmc

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龙的设计概述

Belle的龙综合了多种工程学科,在本文中,我们将专注在设计的电子方面。Belle的龙中采用的电子设备可分为五个独立的功能板:控制板、两个电机板,电源板,摄像机板和RFID板。dISesmc

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每个功能板都有自己的独立控制器,但是控制板仍对其他的功能板具有一定程度的存取与控制权限。这使Belle的龙成为集中式设计和分布式设计之间的混合体。借助于ADI LTC2875收发器,所有电路板之间的通信均通过CAN总线完成,而Belle的龙的电源是可充电镍氢金属电池的集合,这是考虑到龙的便携性和安全性,这种设计方式是一个理想的选择,由于具有多个伺服电机,因此可实现复杂的运动。dISesmc

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ADI LTC2875dISesmc

电机驱动板

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龙会利用25个伺服和3个LED信道(RGB)来提供运动和手势,所有这些动作都由电机板进行监视和控制,而控制板则向电机板指示需要哪种类型的运动。首先,电机板使用将电源、伺服电机与控制板连接在一起的CAN总线与主控制板通信,为了使板载MCU与CAN总线配合使用,还需要一个特殊的收发器(以转换逻辑电平和状态信号),在本例中使用的是ADI的dISesmc

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Diodes ZXCT1009FTAdISesmc

为了确保龙的安全性和寿命,所有25个电机均受到仔细监控,以便在任何一个电机出现故障时,系统都可以防止对龙的其余部分造成永久性的损坏。每个伺服电机都有自己内置的温度传感器,以确保电机不会过热,同时每个电机都有自己的电流传感器dISesmc

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Cypress CY8C4247AZI-M485dISesmc

CY8C4247AZI-M485则是混合信号微控制器,它具有可编程的数字和模拟电路,负责控制所有电机。CY8C4247AZI-M485的核心是32位Arm Cortex M0 CPU,具有128 KB闪存和16 KB SRAM。该MCU提供了一系列外围设备,包括串行通信、PWM、55个GPIO、电容传感器和LCD驱动器。可编程模拟系统包括四个具有一系列不同模式的运算放大器,而可编程数字系统包括四个可编程逻辑模块,每个模块具有八个宏单元。dISesmc

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电源板

机器龙上的电源板可对电池进行适当的监控,并提供超低功耗模式,从而无需使用物理的开启/关闭滑动开关,即可在不使用时自行断开电源,电源板的主控制器则是另一个CY8C4247AZI-M485dISesmc

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ADI LTC2950dISesmc

开/关按钮机制则利用了ADI LTC2950,这是一个开/关电源按钮控制器。该器件可在很宽的输入电压范围内工作,并且仅消耗6 µA的极低电流。当按下按钮后,器件不仅会反跳信号,还会为外部电源电路(例如DC/DC转换器)提供启用信号,这使得龙只需要一个按钮即可打开和关闭,而无需采用滑动开关。dISesmc

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控制板

控制板是龙的大脑,负责读取传感信息,可确定龙的能量水平,以及执行改变龙行为的算法。控制板的核心采用dISesmc

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Cypress CY8CPROTO-062-4343WdISesmc

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Bosch BNO055dISesmc

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ADI SSM3582dISesmc

控制板还连接到许多传感器,以具备对环境的感知能力,电容式触摸(内置于MCU中)、多个触点闭合输入和惯性测量单元(IMU)(使用BNO055),并带有两个数字音频通道的高质量扬声器(ADI SSM3582),还具有预编程的行为,可通过移动和噪音向用户提供反馈,这些反馈可以反映出幸福感、能量水平和龙的需求。dISesmc

摄像机板

恩智浦(NXP)i.MX RT106F是摄像机板的中心,并做为其视觉系统(SLN-VIZN-IOT)。这个基于MCU的系统允许使用时钟频率为600 MHz的Arm Cortex-M7、32 KB缓存和32 KB数据缓存,可轻松开发面部识别系统。dISesmc

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NXP SLN-VIZN-IOTdISesmc

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Murata LXRFZZHAAA-026dISesmc

RFID板

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为了使龙能够区分我们所提供的食物和玩具,需要将Murata的 的LXRFZZHAAA-026用于龙头部的RFID板上。该评估套件是一个HF RFID阅读器/写入器,具有集成固件与于13.56 MHz进行通信的非接触式优化天线设计。通过在龙随附的配件中嵌入RFID标签,RFID解决方案将使龙能够识别用于与龙玩耍的不同食物和玩具。dISesmc

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Belle的龙软件

与任何可编程系统一样,构成Belle的龙所使用的硬件只完成了这个故事的一半,在主控制器上运行的软件同样重要,它赋予了龙生命。尽管描述龙的流程图非常复杂,但其背后的概念却很简单,龙利用能量系统来指示其活动,与龙的互动越多,这种能量的增加就越大。如果这种能量太低,龙将变得疲倦并且移动得更慢,并执行坐下和躺下等动作。如果此能量级别达到0,龙将入睡并等待电容式传感器和IMU中的感觉活动。dISesmc

当龙醒来时,执行不同的动作会使它的行为有所不同。例如,如果其脚上的传感器被激活,则龙展现出怕痒的行为,如果面部识别系统检测到脸部,则龙将执行“你好”的打招呼行为。龙还拥有一系列RFID配件,这些配件使用RFID来指示龙所呈现的内容。例如,食物使龙执行咀嚼动作,拖拉玩具则会与主人产生拔河行为,可以与Belle玩耍,而蜂窝则具有疗愈行为,这是龙在感冒时所需要的药物。dISesmc

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Belle的龙的开发周期

Belle的龙的开发经历了开发和原型制作的多个阶段。Belle的龙的原型已经利用了许多不同的评估板(例如PSoC 62所使用的评估板),使工程师可以试用各种硬件,而不必使用单个完全组装的印制电路板(PCB)。它还显示了每个不同部分的行为,以及各个子电路是否相互兼容。dISesmc

此外,使用ADI评估板(例如EVAL-SSM3582)可以通过测试各种ADI硬件(例如麦克风阵列和音频DSP)来缩短开发周期。龙的开发周期还得益于广泛多样的评估板,这些评估板还可运用于ADI和Cypress等公司制造和生产的许多控制器、传感器和处理器。dISesmc

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ADI EVAL-SSM3582供货信息dISesmc

点击查看详情dISesmc

当这些评估板的组合显示设计可以正常工作时,工程师便将这些板中使用的各种组件和IC转换为印制电路板,以去除不需要的组件以精简设计,并允许机械工程师使用更精简的最终电子产品。同时,来自不同研究领域的工程师也在龙的各个部分上工作,包括机械和软件结构。Belle的龙充分利用了包括Autodesk、Eagle、Fusion360和Z-Brush等各种不同的软件平台。dISesmc

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Belle的龙项目展示了如何在短时间内快速对产品进行原型设计,以及如何使用评估板使工程师快速确定系统的组合方式。CAN总线的使用允许将设计分为独立的功能单元,以便每个单元可以卸除任务,然后可以独立于主控制器执行这些任务。龙还使用各种传感器和输出来帮助创建一个交互式玩具,而RFID的使用则创建了一个复杂的交互式系统,其配件还可以携带自己的信息。dISesmc

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欢迎进一步来了解Belle与她的故事。dISesmc

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为了实现Belle拥有一只宠物龙的愿望,艾睿电子召集了相关的厂商来共同努力,其中由机器人创新者Caleb Chung和他的团队负责设计机器人玩具和动画外型,艾睿电子则从旁提供必要的技术解决方案和工程服务,搭配ADI公司的零组件,从原型制作到最终的成品,Belle的龙终于通过技术协助,从幻想成为现实。dISesmc

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Belle对龙深深着迷,她通过书籍、电影与电子游戏,搜集关于龙的各种信息,像是龙的成长、行为、飞行方式,以及它们的食物等,她会将这些信息纪录在自己的日记与素描本中,生动地描绘出她幻想中龙的样子。dISesmc

艾睿电子组织了一个由工程师、技术供应商和动画电子产品开发人员组成的团队,参考了Belle的意见和她的素描本,以构建出龙的外观,以及有关龙的大小、形状、外观、动作和个性的各种信息。dISesmc

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Belle的龙被鳞片状的爬虫类“皮肤”覆盖着,大小与小狗差不多,其长度为3英尺,重量为10磅,到肩部的身高为12英寸,其身体外部采用3D打印的尼龙塑料与各种织物,骨架则采用3D打印的尼龙塑料,搭配金属(用于齿轮、螺钉、电缆等)、电线、PCB与其他电子器件,翅膀部分则使用3D打印的尼龙塑料、织物、塑料增强纸等。dISesmc

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由于Belle的龙身体遍布各种传感器,因此它可以响应Belle的触摸,来收合或拍打她五颜六色、会发光的翅膀。龙会改变其表情,如果遭受过度刺激,它会感到疲倦,并且会对某些食物不满意,使这只龙更加栩栩如生。dISesmc

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Caleb Chung和他的团队专长于设计动画玩偶(Animatronic doll),他们负责捕捉并编程了龙的基本动作和表情,并对其进行3D打印,并将其组装为机器龙。这个团队在设计动画玩偶上相当专业,但是若真的想要让玩偶动起来,则还需要艾睿电子的协助,艾睿电子能够提供Caleb Chung的团队关于电子方面的技术支持,包括提供原型开发所需的软件工具,以及组成宠物龙所需的控制器、传感器、电机、电源、摄像机与RFID等相关零组件,其中尤以ADI所提供的收发器与传感器更扮演着重要的角色,此外,其他供应商还包括赛普拉斯(Cypress)、Diodes和Vishay等。dISesmc

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就如同Caleb Chung团队的需求一样,虽然许多企业各有其行业专长,专攻其专业领域,却未必能够掌握电子设计的环节,一般皆缺乏专业工程技术支持,尤其是无线连接科技、传感控制、系统集成等领域,都是这些企业常常力有未逮之处,艾睿电子则可以协助这些企业实现创意、开发产品。dISesmc

艾睿电子于香港科学园成立了「艾睿电子技术应用工作间」(Arrow Open Lab),并免费开放给所有追求创新技术及产品研发的初创、公司及机构,吸引不同科技领域的从业者和创业家,互相切磋交流、激发创意。Arrow Open Lab占地6,000平方呎,配备了先进电子工艺设备和测试工具,可帮助初创企业开发产品原型、概念测试(Proof of Concept, POC)、优化设计,并减低设计的开支,以往只有大企业才负担得起筹建庞大的研发后勤团队,有了Arrow Open Lab在专业意见、调校产品和标准验证上的支持,初创企业也能够设计出最专业、最可靠,足以傲视全球的顶尖科技产品。dISesmc

艾睿电子除了在香港设有Arrow Open Lab,并在印度的班加罗尔和美国的丹佛均设有Arrow Open Lab,以提供设备和专才,协助企业进行产品设计和工程开发,从初始创意到最终产品,艾睿电子都可提供全程指导,让企业能够以快速、经济高效的方式将最新技术推向市场,并可提供创新型硬件和云技术专业知识,协助进行产品测试与认证,来提升企业的竞争优势。dISesmc

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不论企业或个人的背景和行业,Arrow Open Lab欢迎任何范畴的初创企业和开发人员参加,只要登记成为注册会员,使用Arrow Open Lab内的设备均无须收取任何费用,请不要迟疑,立即登记,让原创概念变成真正的产品,尽快将产品推向市场,抢占商机!请参考http://www.arrowopenlab.com以获得更多相关信息。dISesmc

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