多機器人的創新組合開發技術

作者 高煥堂 臺灣地區VR產業聯盟主席、廈門VR/AR協會榮譽會長兼總顧問

　　除了制造機器人產品之外，創造多臺機器人的協同合作，也是很有趣的、具有商業價值的。就如同花卉，我們不一定要自己當農夫種花卉，其實開花店、插花、賣捧花或花束等，可能更詩情畫意、美不勝收呢。

1 創新組合：多機器人的協同開發

　　大家都知道，目前最流行的手機是基于Android操作系統的手機。目前市場占有率大約高達 80%了。此外，Android是采取Apache軟件授權方式的開源軟件，成為人人可以免費使用及自行修改的軟件平臺系統。

　　UBOT的全名是：UBOTeam(Unified Framework for Robot Team)。它是高煥堂團隊基于Android平臺的擴充，而成為機器人的共享編程環境及整合運行平臺。它逐漸發展成為AIoT的共享程序開發及整合執行平臺。UBOT的上層是App(提供用戶接口)，而UBOT的下層是插件(Plugin)來促進機器人硬設備的客制化特性。而UBOT則是位于中間層的軟件框架(Framework)，它是開源的軟件系統(圖1)。

　　當第三方開發者基于UBOT而開發出上層App時，開發者可以自行決定其App是否開源或閉源，亦即該App可以不開源。同樣地，當開發者基于UBOT而開發出連接到硬設備的客制化插件(Plugin)時，仍由其開發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，其應用框架(App Framework)層是開源的，開發者可以將它匯入到Android Studio開發環境里使用，于是就可以使用您已經熟悉的Android SDK來開發多機器人的創新整合應用了，而不必花費心力于各機器人廠家的不同SDK，無論是學習或開發都會更加事半功倍了。

　　由于在開發多機器人的整合應用時，各機器人產品往往來自不同的廠商，各廠商也常推出針對自己產品的SDK(即 App開發環境)。此時，開發者面臨多個SDK，各自獨立、不能兼容，就會遭遇開發工作的復雜性，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人已經熟悉的Android Studio來進行App的開發工作，就可以省去學習各廠商SDK的時間和負擔了。

　　例如，一旦您使用Android Studio + UBOT(如藍牙模塊)開發出來一支針對Ironbot機器人的App，若想繼續整合另一廠牌的Dobot機器人時，就不必再花時間學習Android Studio和UBOT了，直接動手開發約20%產品定制化的部分程序代碼即可了，例如不同廠牌(或型號)的機器人，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，如果想繼續整合更多個(不同廠牌)的機器人時，一樣的不必花時間學習新的SDK，而迅速動手開發約20%產品定制化的部分程序代碼即可。因而，學生的學習效率提高了，學習信心也提升了。

2 整合通信：以藍牙技術為例

　　藍牙設備能以固定的周期持續發送廣播，手機端App掃描(接收)到廣播后，解析廣播包，然后可進行對設備的識別、配對、聯機和數據讀寫等。于是，您的手機就能掃描到周邊的藍牙設備所發出的藍牙信號了。接下來，就能進一步與這些設備建立聯機(Connection)，才能對這些設備進行信息傳遞，例如從BLE設備讀取信息或把信息寫到BLE設備里，這些信息就包括了控制指令及相關的參數等。

　　在Android手機里的軟件結構里(圖2)，由myActivity模塊提供UI畫面，例如讓用戶隨機選取一個RGB顏色，并依據該設備所能接受的信息格式，傳遞給myFacade去進行信息傳送的任務。此時，myFacade會通過Session來將信息傳送給BLEMessage，再轉送給IronbotBLEMsg。

　　這IronbotBLEMsg接到從myFacade傳來的訊息之后，就存入隊列(Queue)里，然后依據先后順序，逐一從隊列里取出訊息傳送給Android的BLE模塊，然后以無線方式傳送給藍牙設備，此時履帶車上的LED燈的顏色就改變了。

3 AI賦能：運用語音AI的多機協同合作

　　借助于UBOT/BLE框架的高度擴充能力，手機里的UBOT/BLE模塊更能同步發送藍牙訊息給多臺機器人(如手臂和履帶車)，順利指揮多機的協同合作，展開團隊行動。

　　例如下圖里(如圖3)，讓Zenbo透過WiFi來與UBOT手機通訊。這樣可以充分發揮Zenbo的AI語音功能，擔任迎賓服務者的角色。

　　從圖3里，可以看到人們通過語音AI來和Zenbo機器人(圖3左上角)對話，然后Zenbo沒有手，就拿Dobot手臂(圖3右下角)來搭配起來，便能聽從客人的指示而準確按下咖啡機(的按鈕)，泡出客人想喝的咖啡了。

　　此時，如果再搭配匠客Ironbot機器人(圖3左下角)來端送咖啡給客人，將是更加體貼的服務了。也就是，經由同一支UBOT/Android手機來精準安排Dobot泡咖啡，并且把泡好的咖啡交給Ironbot機器人，然后端送到客人面前。

　　在這個咖啡館的范例里，是以Ironbot、Dobot和Zenbo三種機器人為主角，來進行創新組合，搭配語音AI的軟硬整合應用案例，其中闡述了AI機器人的軟硬整合技術，包括AI機器人的平臺(Platform)架構，并詳細說明其開源的軟件原始碼。這非常有助于學習AI時代的科技知識和體驗。隨著AI(人工智能)與機器學習能力的提升，與物聯網(IoT)結合機器人的創新應用，將會更上一層樓。而以Android開發環境來演練Java和Python程序設計語言，將形成一個先進的智能物聯網(AIoT)的程序設計學習環境。

4 穩定結構：善用Android的多進程機制

　　最簡單的情況是讓兩臺機器人(例如一臺Dobot機器手臂和一臺Ironbot履帶車)能隨時做創新組合、協同合作。當然也能進一步擴充為三或更多臺的機器人，并且讓它們進行更多花樣的創新組合、協同合作(圖5)。

　　為了兼顧擴充性和穩定性，在Android手機里可以把機器人的相關軟件模塊，各自安排在不同的進程(Process)里，例如這三只機器人的相關類別，各加載到不同的進程里執行(圖6)。

　　在這個架構里，它們各自的相關類別都在各自的進程里執行，可以提升整個App的穩定性、安全性、擴充性和并行性等。

5 打造生態：基于UBOT的開放API

　　目前的手機市場中，Android平臺的App數量已經超過400萬了。基于其龐大的客戶群，我們巧妙地從Android平臺延伸出UBOT共享平臺，將可替各種機器人產品，招來龐大的App開發者和使用群。同時，UBOT平臺也來支撐眾多的創客們來進行軟硬件產品的創新。

　　因此，UBOT可帶給App開發者許多幫助。就像Android平臺一樣迅速累積許多App開發者。這些App只要稍做調整，就能執行于新產品上，因而UBOT迅速為新產品帶來眾多的App，非常有助于創客的新產品迅速進入市場而獲利。

　　至于下層的機器人硬件廠商，為了能迅速獲得更多App，其機器人產品就會來支持這統一而開放的API。于是，上層累積愈多App，下層也會吸引愈多的機器人產品，上層和下層相互加乘，就形成一個蓬勃發展的生態(Ecosystem)了。

6 開放API：掌握API，才有話語權

　　在本文里，筆者拿UBOT機器人聯合平臺來做說明。并且拿Zenbo、Ironbot和Dobot三種機器人產品來組合創新，闡述最基礎的機器人(Robot)軟硬整合、共享平臺、開放API、以及App的開發技術。其中的核心要素就是：API。掌握平臺API的制定權，就能成為生態的盟主。此外，還要大膽開源軟件和開放API，就能促進生態蓬勃發展。最后，也歡迎您參閱筆者的新書：《AI機器人、藍牙與Android整合開發技術》。

　　本文來源于《電子產品世界》2018年第11期第81頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。