開源羣體機器人項目 MiniBots 將棋子轉化為自主微型機器人

一名網上知名的硬件開發者 3DprintedLife 宣佈推出一個開源的羣體機器人項目,將每個棋子轉變為一個能夠獨立導航、無線通信和自我定位的自主微型機器人。這個名為 MiniBots 的定製設置,解決了微型化和硬件整合方面的一大挑戰。為了使用這種方法建立一個完全運作的自動對弈棋盤,每一個棋子必須作為獨立的機器單元運作。這意味著每個微型機器人都需要自己的處理單元、內置電源、專用電機驅動器、運動機制和定位傳感器,同時又必須保持足夠小,以適合標準棋盤佈局的方格。

MiniBot 棋子的物理架構圍繞著一個高度緊湊的定製設計印刷電路板(PCB),該電路板整齊地放置在 3D 打印的外殼內。每個機器人的電子組件中,核心為 ESP32-C3 微控制器模塊。這款微控制器因其小巧的體積及內建的無線功能而被選中,負責主要的固件操作和低層控制循環。為了實現運動,每個微型機器人依賴於兩個超小型 PMO8-2 步進電機,每個電機與專用的內置步進驅動器集成電路(IC)相連。

這些微型電機通過直接摩擦驅動一組迷你輪子,使棋子能夠在棋盤的平滑表面上精確地轉動、轉向和移動。

MiniBots 系統具備獨立導航和定位能力

為這一系統供電的是一個小型 170 毫安時(mAh)的鋰聚合物(LiPo)電池,隱藏在底座內。為了協調多達 32 個獨立機器人的同時運動,系統採用了雙層控制層級。一個集中指揮中心模塊作為主控制器,利用低延遲的 ESP-NOW 無線協議直接與每個棋子溝通。該中心的主板同樣運作於 ESP32-C3 無線界面,通過串行連接與 Raspberry Pi 單板電腦(SBC)相連。

Raspberry Pi 負責使用基於 Python 的軟件進行高層次的協調和執行腳本。

解決自我定位瓶頸的最複雜挑戰是定位。為了使棋子成功導航至目標方格,首先必須準確確定其在 8×8 的棋盤格上的位置。雖然開發者最初考慮使用超聲波定位傳感器,但最終設計轉向了一個專用的電磁跟蹤系統。完成的系統在棋盤表面下方嵌入了一系列掃描電磁鐵。同時,每個 MiniBot 都配備了一個內置的磁強計,用以測量當地的磁場強度。通過利用 ESP-NOW 進行精確時鐘同步,棋盤在嚴格的順序時間窗口內激活其地下電磁鐵。

當電磁鐵啟動時,棋子內部的磁強計記錄下磁場強度的變化。內置的軟件利用這些實時強度數據運行三角測量算法,從而使機器人能夠計算自身相對於活動磁源的精確坐標,這一過程有效地模擬了微型化的標準無線電三角測量技術。

雖然單個棋子原型已成功展示了運動和定位算法的可行性,但將概念擴展至完整的 32 件機器人羣體仍然面臨持續的調試挑戰。在結構測試期間,開發者注意到 ESP32-C3 的單核心架構在定位固件中引入了輕微的時間錯誤,這需要在未來的更新中進行小幅的軟件修改。此外,實施穩健的省電模式及設計流線型的多設備充電座仍然是羣體能夠完成完整自動遊戲的關鍵領域。

項目規格
處理器ESP32-C3
電池容量170 mAh

Henderson
Henderson

Henderson 是 TechRitual Hong Kong 科技編輯,專注報導智能手機、消費電子產品、SIM 卡及流動通訊市場。自加入 TechRitual 以來,累計撰寫數千篇科技報導及產品評測,內容同步發佈至 SINA 及 Yahoo Tech 等主要平台。