Jetson百万开发者故事 | 为了孩子的健康成长，他用NVIDIA Jetson做了一个象棋机器人

文科生是否也可以成为人工智能领域里的创客？答案是肯定的！

素为是一名在司法系统里工作的法律工作者，本科就读于法律专业。同时，他还是一名计算机爱好者，作为智能硬件的创客，平时他喜欢用电子硬件做一些有趣的项目。

几年前，Alpha Go 对战围棋大师李世石的画面令世界赞美人工智能的发展速度，但是素为却觉得“这还不够酷”！Alpha Go 是通过它的研发者黄士杰来执棋的，直播画面看起来还是两个人在对弈，怎么能说是人机大战呢？

“加个机械臂执棋，很难吗？”从那时起，素为就决定要做一个真正的象棋机器人，还向朋友夸下了海口。为了让正在一天天长大的孩子少看电子屏幕，通过下象棋锻炼思维能力，素为觉得必须加快制作出真正的象棋机器人。

硬件的选择和系统框架的搭建

之前素为准备用 PC 电脑来实现这个想法，后来发现 NVIDIA Jetson Nano 开发套件可为全桌面 Linux 给予开箱即用支持，并且与许多常见的外部设备和配件兼容，相关的开发教程也很丰富。

“这个小小的板子功耗不高，而且树莓派能做的它基本都能实现，关键是还具备 AI 功能，这可以满足我的需要，”素为表示。

很快，素为就规划出了一个系统框架：

素为的目标就是要做一款名副其实的“人机对战”中国象棋机器人。在制作过程中，他以 Jetson Nano 为中控主机，利用其边缘计算能力，无需联网即可实现对棋盘的视觉识别和棋步策略计算，再运用一部 XYZ 三轴滑台加气泵吸盘即可挪动棋子，实现真正的“人机对战”。

使用这个系统进行人机对弈的流程如下：

1. 人类下一步棋；
2. 人类点击 GPIO 按钮，Jetson Nano 启动指令；
3. 棋盘上方的摄像头对着棋盘拍摄 1 张照片；
4. 运用 OpenCV 对照片进行四角对齐、裁切边缘等处理；
5. 将棋盘部分裁切为 9×10 个小图片；
6. 运用事先训练好的图片分类模型在 Jetson Nano 上进行推理，该模型可分辨 15 种情况（7 种红方棋子、7 种黑方棋子、无棋子）；
7. 将识别结果拼接为棋盘状态，以 FEN 规范格式进行表达；
8. 将 FEN 文本传递给开源中国象棋引擎 elephantfish，在 Nano 上进行计算，获取机器决定走的下一步棋；
9. 生成并执行 gcode 指令控制滑台模组和气泵，将某个棋子在棋盘上挪动；
10. 机器执行完毕，进入等候状态，等待人类发出下一步棋及按钮指令

从以上流程中，我们可以看到 Nano 作为主控机，除了指挥全过程运转，在第 4 至第 8 步骤为图片预处理、棋盘识别和计算下棋策略均提供了必不可少的算力。

图1：步骤4（a）

图2：步骤4（b）

克服深度学习的挑战

作为一名专业学习法律的文科生，素为表示对深度学习其实是一知半解的，“就是能够把开源代码 debug 跑起来那种水平。”为了把象棋机器人做出来，素为在 Jetson Nano 上先后用 TensorFlow 尝试了 VGG、ResNet 和 Inception。

“要么调参数总是调不好，要么准确度不高，”素为说，“曾经一度很沮丧。”

然而，功夫不负有心人，一个偶然的机会，素为看到 NVIDIA 与百度合作的 EasyDL 平台，在该平台上，可以零代码训练，并将模型一键部署在 NVIDIA Jetson 设备上。于是素为手工准备和标注了 4000 张训练素材图片，这些图片有的清晰，有的模糊，有的用光照亮、有的故意制造阴影，还有不同的旋转角度。之后在此基础上，对素材图片进行批量加噪点处理，一共生成了 5 万张图片数据用于深度学习训练。经过 EasyDL 的训练，生成了“图像分类”模型（因为运用场景有限可控，因此该模型不怕过拟合，准确率 100%），之后一键部署在 Jetson Nano 上，再配合素为写的主代码（https://gitee.com/lawup/chess-robot.git），象棋机器人终于运转起来了！

成为 Jetson 百万开发者一员

开心地看着自己的孩子和老父亲与机器鏖战几盘，欢声笑语无疑是这一路艰辛的最好补偿！

2022 年年底，素为带着这个项目，参加了 NVIDIA 举办的 Jetson Edge AI 开发者大赛，荣获特别奖。

“很高兴能成为 NVIDIA Jetson 百万开发者的一员。最关键的是，我是用 NVIDIA Jetson Nano 套件做出来的，而且充分发挥了 Nano 的性能和效用。不得不说，人生就是这么神奇，虽然我一度都绝望了，但自己夸下的海口就自己去实现！”素为谈到这个项目，依旧一脸自豪。

素为用自己的开发经历对广大 NVIDIA Jetson 开发者提出建议：“定下了目标就一定要去实现。因为是嵌入式环境，很多东西需要编译，这是一个比较漫长的过程，一定要有耐心。在经历反复的尝试和漫长的等待后，终于成功的那一刻就会有一种‘山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村’的欣喜感，让你觉得’人间值得’  。”