[Python, Разработка на Raspberry Pi, DIY или Сделай сам] Я сделаю свою «умную» колонку… «with blackjack and hookers!»

Ответить на тему

Автор

Сообщение

news_bot ^®

Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286

news_bot ^® написал(а)
23-Янв-2021 23:30

Цитировать

Привет всем. В данной статье я расскажу историю как мы с двоюродным братом сделали свою «умную» колонку. На самом деле никакая она неумная, грубая и не особо полезная, но зато весёлая и с характером.За мной сама идея, программирование, железо (подбор и настройка).От брата 3D-модель, 3D-печать, железо (подбор и электромонтаж).Статья по-большей части описывает то, что делал я, лишь немного касаясь 3D-модели."Ты на самом деле хочешь дружить с роботом?"

Будучи большим фанатом известного мультсериала «Футурама», однажды (где-то в 2018 году) мне захотелось заиметь самодельную голову робота Бендера Родригеса. В голове, в том числе крутились дурацкие варианты сделать её из какой-нибудь кастрюли. В силу своей глупости идея была забыта и заброшена ровно до того момента пока у одного хорошего человека, моего брата, товарища xbost’а не появился 3D-принтер (весна 2019 года). И тут эта идея снова ожила…Обсудив эту идею за пивом, принялись за работу. Брат начал делать 3D-модель, а я искать, что из электронного хлама в ящике стола можно задействовать в проекте.К тому моменту, у меня уже несколько лет валялась без дела плата Intel Galileo Gen2. И было желание задействовать её в этом проекте. Изначально никаких «умных» функций не планировалась, просто запихнуть её в корпус вместе с динамиком и светодиодами, вытащить кнопочку, при нажатии на которую воспроизводились бы цитаты из серий и светились диоды.В то же время вокруг буйным цветом расцветали (и продолжают расцветать сейчас) умные колонки с голосовыми ассистентами. Они вежливы (Алиса правда хамовата), достаточно много всего умеют и не работают без Интернета. И по мне достаточно скучны.Это привело к мысли, что на основе Бендера с его вредным, эгоистичным и вообще отрицательным характером можно сделать для себя отличную «умную» колонку. Этакий арт-проект, протест против умных колонок. И обязательно работающую оффлайн, даже ценой производительности.Первые попыткиПочитав о системах распознавания речи с возможностью оффлайн-распознавания, а также узнав, что ещё один хороший человек, коллега с прошлой работы, в то время писавший диплом, использует CMU Sphinx, выбор был остановлен на нём.В силу своей природной… хм… невнимательности, я упустил существование более подходящей для моей задачи версии – pocketsphinx, и начал с «большого» CMU Sphinx на Java.Создал простенькие JSGF-грамматику и программу на Яве. Взял несколько наиболее известных цитат для проигрывания(“with blackjack and hookers”, “bite my shiny metal ass”, “kill all humans” и т.п.). Пробовал изначально на достаточно мощном компьютере(MacBook Pro 13-го года), был доволен результатом производительности, но понимал, что на Галилео меня ждёт нечто другое. Но дело оказалось совсем плохо.Вообще Галилео уже давно заброшен Интелом. Стандартный Линукс, шедший с ним мне в принципе особенно не нравился. Поэтому попробовал с последней доступной для него сборкой Дебиан.Туда с проблемами(подробности уже честно не вспомню) был поставлен JRE. В качестве устройства ввода/вывода аудио была использована USB-гарнитура. И… Результат был крайне печален в плане производительности. Сейчас опять же не вспомню, возможно неправильную акустическую модель использовал на ней, но на реакции уходило 30-60 секунд. Плюс брат начал разрабатывать 3D-модель, и сказал, что габариты Галилео большеваты. Плюс отсутствие встроенного Wi-Fi. В общем Галилео опять отправилась в стол.Решено было попробовать на гораздо более популярной Малинке, и выбор пал на слабую, но самую компактную версию Raspberry Pi Zero W. А также, прокачав внимательность, узнал о pocketsphinx (отличная статья для старта), перешёл на него, и переписал программу на Питоне.При переходе на Малину, с подачи xbost’а, родилось название для проекта – Pinder (Raspberry Pi + Bender). Да, я прекрасно помню историю с Pidora в русскоязычном сегменте, но в данном случае намеренно выбрал такое лулзовое для русского уха название.И так предыстория завершена, можно переходить непосредственно к описанию Пиндера.Внутренняя железная частьПеречень использованных компонентов:

Raspberry Pi Zero W – собственно основа всего.
UPS-Lite for Raspberry Pi Zero Маленький ИБП для Малинки. Его штатный выключатель был выпаян, и к его контактам был припаян микропереключатель (см. далее по списку).
RGB адресная светодиодная лента на WS2812B, 60 светодиодов на 1 метрДля подсветки и анимации «зубов»(18 штук) и глаз(2 штуки).
USB-аудиокартаВ принципе подойдёт любая, работающая в Линуксе. Подключается через OTG-кабель в единственный доступный для этого порт на Малине Зеро.
Усилитель и один динамик от таких колонокВ общем тут колхозный вариант был использован. Колонки были раздербанены, взят один динамик, усилитель вытащен из корпуса. Можно было купить отдельный усилитель и динамик, но для меня самым быстрым вариантом было тогда купить эти колонки и разобрать на части.
Микрофон HBC10AНо во время разработки поначалу использовался микрофон от телефонной гарнитуры Philips.
Микропереключатель с лапкой KLS7-KW10Замыкается/размыкается при вставлении/вынимании "антенны" Бендера. Включает/выключает питание от UPS к Малине.
3,5мм разъём и гнездо jack. Для подключения микрофона к аудиокарте (микрофон находится наверху Бендера, в антенне).

В общем внутри всё достаточно колхозно.Схема подключений очень простая:

Глаза сидят на отдельном пине от зубов и запараллелены между собой. Если бы делал сейчас, то включил бы глаза на одну ленту вместе с зубами, но что уже сделано, то сделано.3D-модель, корпусЗдесь я не смогу рассказать многого, так как эта часть работы полностью брата.3D-модель и небольшая инструкция доступны здесь.Зубы и глаза напечатаны фотополимерной смолой на Anycubic Photon. Все остальные части PLA на Creality Ender 3.Если будут какие-то вопросы по 3D-модели и печати можно задать мне, я их передам, либо попробовать напрямую спросить у xbost’а на thingiverse (но не уверен будет ли он на них отвечать).Краткая схема сборки:

ФотоФото в процессе сборки и полностью собранном виде:

Программная часть 1В качестве ОС используется штатный Raspbian (теперь Raspberry Pi OS).За распознавание, как уже писалось выше, отвечает pocketsphinx. В качестве аудиоподсистемы используется Alsa (Pulseaudio выпилен).Подсветка управляется с помощью библиотеки Adafruit_Blinka.Данные о заряде/напряжении читаются из UPS-Lite посредством SMBus.При разработке никакими лучшими практиками не руководствовался, поэтому код «попахивает».Код лежит здесь.Поддерживается два языка: английский и русский. Для каждого языка своя JSGF-грамматика, набор аудио-сэмплов(сэмплов в репозитории нет, по соображениям авторских прав) и синтез речи. Русский дорабатывалась(и дорабатывается) с некоторым опозданием.Основной целью была просто возможность отвечать фановыми фразами из серий. Задаешь ему вопросы типа “Как дела?”, “Где ты родился?”, “Что думаешь о Сири?”. Ищется и воспроизводится ответ из сэмплов (в случае отсутствия сэмпла используется синтез речи, но об этом чуть позже).Изначально скорость ответов на Малине была не очень шустрой (4-6 секунд до ответа):Извините, данный ресурс не поддреживается. :( Покопавшись у себя в коде, были найдены и уничтожены необязательные паузы. То же самое касалось и сэмплов (были пустые места вплоть до 1 секунды в начале файлов). А также прочитана информация о параметрах оптимизации pocketsphinx. Получилось уже получше:Извините, данный ресурс не поддреживается. :( Извините, данный ресурс не поддреживается. :( Далее начал добавлять кое-какие полезные функции. Первой стала проигрывание музыки с локальной ФС или интернет-радио с помощью MPD. При этом докричаться до Бендера при проигрывании музыки на приличной громкости сложновато:Извините, данный ресурс не поддреживается. :( После достаточно долгого перерыва, живя на даче, была добавлена первая функция “умного дома”- управление освещением в своём углу через ModBusTCP. Вот только Бендера недостаточно иногда просто попросить включить свет, нужно обязательно сказать "пожалуйста". Работает достаточно шустро:Извините, данный ресурс не поддреживается. :( Программная часть 2 Потом однажды захотелось добавить читалку RSS-новостей. Это уже было невозможно без синтеза речи, но при этом хотелось, чтобы синтезатор звучал как, или хотя бы похоже на голос Бендера. Такой синтез речи на Малине Зеро представляется малореальным и поэтому в этом моменте пришлось сдаться и задействовать онлайн-сервис.Почитав информацию и попробовав разные варианты остановился на Microsoft Azure Custom Speech. При создании пользовательского голоса на выбор есть три варианта:

Statistical Parametric – стандартное качество, нужно небольшое количество(для английского языка) сэмплов для обучения.
Concatenative – высокое качество, нужно 6000 сэмплов для обучения.
Neural премиум-качество. По факту недоступно(доступно из США, при написании челобитной в Майкрософт зачем тебе это нужно и выкладывании 100 000$).

Более подробно по технологиям синтеза речи можно почитать например на Википедии.У меня не было большого количества сэмплов, поэтому сначала поигрался со Statistical Parametric. Результат был неплох, голос конечно не был похож(такой тип синтеза для сильной похожести и не предназначен), но интонации передавал сносно. В итоге на основе набора данных созданного с помощью этой модели я создал оффлайновую модель для CMU Flite, используемую в случае отсутствия связи с MS Azure.Но всё же хотелось большей похожести и я решился попробовать собрать 6000 сэмплов для Concatenative модели, использующей отрывки из сэмплов настоящего голоса. Очень помог некий хороший человек, выложивший на YouTube 7 видео The Best of Bender. Надёргав оттуда сэмплов, приплюсовав к ним те что уже были и натравив на них майкрософтовский же Text-to-Speech (здесь у меня набор тулзов вспомогательных), получил что-то около 2000 транскрибированных сэмплов. Было принято решение просто скопировать это всё три раза под разными именами, чтобы получить 6000.В итоге всё это было залито на обучение модели, и результат получился следующим:Извините, данный ресурс не поддреживается. :( Да конечно не идеально, но меня результат трудов устроил.В итоге синтез речи используется не только для чтения новостей, но и в случае отсутствия оригинального сэмпла. Сначала ищется сэмпл. Если его нет, проверяется связь с порталом MS Azure, если есть – синтезируется с помощью него. Если же связи с Azure нет – используется локальная модель Flite(а для русского языка роботизированный голос eSpeak).В сумме периодическими волнами и рывками разработка шла с весны 2019-го по весну 2020-го, в свободное время(хорошо видно по коммитам на гитхабе). Далее уже даже не волнами, просто отдельными всплесками.БудущееКак таковых планов развития проекта нет. Если появляется желание и вдохновение, то добавляю что-нибудь. Так конечно напрашивается сделать режим просто болталки на нейронке, обученной на фразах Бендера. Ещё возможно добавить режим bluetooth-колонки(и чтобы зубы загорались синим в этом режиме) и приложение для смартфона, для активации схемы патриотизма.

Но для начала надо изобрести удлинитель пальца.

ЗаключениеИсходный код ПО и 3D-модель выложены под открытыми лицензиями, так что если у кого-то есть желание сделать своего Бендера, добавить свои функции и улучшить – буду рад.На этом статья подошла к концу. Спасибо, что прочитали!Всем хороших новостей!
===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:

Теги для поиска: #_python, #_razrabotka_na_raspberry_pi (Разработка на Raspberry Pi), #_diy_ili_sdelaj_sam (DIY или Сделай сам), #_diy, #_pet, #_raspberrypi, #_linux, #_python, #_pocketsphinx, #_3d, #_raspoznavanie_rechi (распознавание речи), #_python, #_razrabotka_na_raspberry_pi (
Разработка на Raspberry Pi
), #_diy_ili_sdelaj_sam (
DIY или Сделай сам
)

Профиль ЛС

Ответить на тему

Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы

Текущее время: 22-Ноя 08:30
Часовой пояс: UTC + 5