文章目錄
- 機械臂構成
- 舵機
- 控制闆
- 電源和支架
- CoreX Controller 主要器
- 點陣子產品
- 顔色傳感器
- 超音波傳感器
機械臂構成
機器人的系統主要由控制主機闆、舵機、支架、電源、軟體組成。其中不同的機器人的傳 感器是有所差別的，僅就每個機器人硬體端都有的四大結構來看，它們之間的關系可參考下 圖了解。
- 控制主機闆：通常又叫控制闆，主要由微控制器、存儲器、輸入/輸出端口等組成。 用以控制舵機，不僅可以通過計算機擷取資料，還可以與傳感器回報資訊一起協調機器人的 運動。正是鑒于這一作用，是以把它比為人的大腦控制人的運動。
- 舵機：作為機器人身上最常用的動作元件，屬于電機的一種，可以設定轉到的位置 （有效轉動範圍内），是機器人的執行端，就像人的拳頭可以根據大腦發出的指令進行揮動。
- 支架：機身是機器人的外形，如同人類一樣，也需要一個“強健的體魄”才能用于 支撐驅動裝置和傳動結構，通常為關節連接配接在一起的許多機械連杆的集合體。
- 電源：機器人需要一個能量源來驅動這些傳動裝置，是以電源是機器人結構的動力 中心，如同心髒在人類的地位一樣，為機器人的活動提供動力。
那麼根據上述介紹，xArm 機械臂按照結構劃分： 1) 控制主機闆：xArm 專用舵機控制闆 2) 舵機：爪子端采用爪子專用舵機，其餘為 5 個 LX-15D 舵機。超音波背後采用 1 個 LFD-01 舵機。 3) 支架：6061 鋁合金。 4) 電源：DC 直流電源擴充卡（7.5V 5A）
舵機
舵機，也被稱為伺服電機，最開始被用來控制船舶的轉向。因為它可以精準地控制舵盤
的轉動角度，是以常常被用在有較高精度需求的機械系統中。與舵機關系最緊密的就是機器 人，不論是工業機器人，還是家庭服務機器人，它們都有很高的控制精度要求，舵機構成了 它們的關節，在機器人中舵機屬于執行器部分，是以可以把舵機比喻為機器人的肌肉，同時 提供給它們動力。 伺服是什麼呢？伺服一詞源自希臘語“奴隸”的意思。在訊号來到之前，輪子靜止不動； 訊号來到之後，輪子立刻轉動。
舵機内部由電機、控制電路闆、齒輪組、電位器四部分組成。
傳統舵機有三條導線，分别是電源線，地線，信号控制線。
舵機工作原理：當舵機的控制電路闆接收到脈沖信号後，控制電機轉動，電機通過齒輪 組帶動輸出軸轉動，輸出軸轉動的同時帶動電位器轉動。控制電路闆檢測到電位器轉動後會 判斷電位器是否轉動到了指定角度，如果轉動到了指定角度就讓電機停止轉動，否則繼續轉 動。
控制闆
人類的大腦内有專門負責運動功能的系統，産生的運動從大腦通過神經傳遞到身體運動達到控制肌肉的作用。 那麼控制闆作為機器人的大腦，是機器人的指揮中樞，它可以控制舵機的轉動。
舵機控制闆從字面意思就是用于控制舵機的闆子，就像驅動直流電機一樣，機器人所使
用的舵機也需要專門驅動。從硬體結構上，主要由單片機、輸出/輸出端口/存儲器及一些外 圍電路所組成，如下圖所示這個是單片機，也稱為微控制器。雖然外表看似普通、個頭小小， 但是地位不小！開發者通常會将舵機控制等程式寫入到單片機中，這也是軟體開發的魅力所在。
了 xArm 機械臂是由兩種串行總線舵機所組成，和 PWM、 模拟舵機的控制方式是不同的，是以配備了專門的串行總線舵機控制闆。
電源和支架
電源，是将其它的能轉換為電能的裝置。電力單元是機器人的能量來源，可以為機器人 的活動提供動力，相當于人類的心髒。機身通常由支架構成，如果人的骨架，一個完整的機 器人需要将機器人架構、控制闆、電源、舵機、傳感器等組裝并固定起來。
xArm 控制闆提供兩種供電方式： 方式一（套件内含）：使用電源擴充卡（7.5V 5A）供電，一端連接配接控制闆的 DC 直流電 源接口，另一端連接配接插排。
方式二（需要另購）：使用锂電池供電，将電池對接線安裝至電源正負極（紅色接+， 黑色接-），然後連接配接锂電池。
電源擴充卡是小型便攜式電子裝置及電子電器的供電電源變換裝置，一般由外殼、電源 變壓器和整流電路組成。 電源擴充卡因其具有體積小、重量輕、功耗小、效率高等優點被廣泛應用于工業自動化 控制、軍工裝置、科研裝置、LED 照明、數位産品和儀器類等領域，一般來說電源擴充卡 的作用就是變壓器和整流器，交流 220V 首先通過變壓器變壓，再通過整流器變直流，将其 轉換成能工作穩定的低電壓。
锂電池具有重量輕、容量大等優點。它的能量密度很高，它的容量是同重量鎳氫電池的 1.5-2 倍，另一方面其自放電率極低。此外，锂離子電池幾乎沒有“記憶效應”，不含有毒物。 基于以上諸多優點，锂電池被廣泛應用于各種用電器中。特别是數位裝置，基本都是采用锂 離子電池作用電源。 但是需要注意的是锂離子電池具備嚴格的放電底限電壓，通常為 2.5V（不同型号锂電 池放電底限電壓不同）。如果低于此電壓繼續放電，将嚴重影響電池的容量，甚至對電池造 成不可恢複的損壞。
xArm 機械臂支架部分采用 6061 鋁合金，表面經過烤漆處理。
CoreX Controller 主要器
機器人如同人一樣都是“血肉之軀”。傳感器相當于人的五官， 是機器人的感覺器官。機器人通過傳感器檢測環境、擷取資訊，再根據外界環境作出相應的 反應。CoreX Controller 主要器可以控 制這些傳感器。
主要器的介紹
主要器可以通過編 程，能夠實作對傳感器的控制，進而實作你想要的玩法和創意。
主要器的結構
主要器主要有以下組成：ESP32 微處理器、蜂鳴器、紅外發射和接收子產品、聲音傳感器、 2 個可程式設計按鍵、6 個 RGB 彩燈子產品。
主要器包含的子產品說明
-
ESP32 微處理器
ESP32 是一款內建 Wi-Fi 功能的微控制器，支援藍牙，内置 32 位雙核處理器，可以用 來開發更複雜的應用。
-
蜂鳴器
可以發出聲音的電子子產品，可通過程式設定來播放音樂、音調。
-
RGB 彩燈子產品
可以發光的電子子產品， 以 Red 紅色、Green 綠色、Blue 藍色三色混光而成，可通過 程式自定義發出光。
-
紅外發射和接收子產品
用以發射資料和接收資料，實作控制和被控制的電子子產品，家中常見的電器如空調、電 視大多采取紅外學習遙控編碼的模式。
-
聲音傳感器
相當于一個話筒（麥克風），檢測聲音音量大小可通過程式來發送數值。
-
可程式設計按鍵
xArm 主要器内含有兩個可程式設計按鍵 A 和 B，通過程式設計可以實作按鍵觸發條件。
點陣子產品
點陣，本身是一個幾何學名詞，英文為：lattice，是為格子架構的意思。點陣子產品是由 一個 8*16 封裝的子產品組合點元闆形成子產品，通過程式設計可以讓點陣顯示多種圖案。
工作原理
點陣子產品是由發光的二極管組成，其工作是用 X,Y 坐标來指定網格中特定的 LED，其 中 X 表示水準位置，Y 表示垂直位置。 接下來簡單介紹一下電平，電平可以了解為電壓信号的強度。當對應的某一列置 1 電平， 某一行置 0 電平，則相應的二極管就會亮。 8*16 點陣方格對應坐标位置如下圖所示：
顔色傳感器
xArm 使用的顔色傳感器是一款內建 ALS、紅外 LED 和接近檢測器的光學子產品和環境 亮度感測的環境亮度的傳感器，顔色傳感器内置紫外線和紅外線阻隔濾鏡，四個單獨的二極 管不同方向的敏感，以及一個 I2C 相容接口。
工作原理
顔色的實質是一種光波，它的存在是因為有三個實體：光線、被觀察的對象以及觀察者。
人眼是把顔色當作由被觀察對象吸收或者反射不同波長的光波形成的。例如當在一個晴 朗的日子裡，我們看到陽光下的某物體呈現紅色時，是因為該物體吸收了其它波長的光，隻 把紅色波長的光反射到我們人眼裡。當然，我們人眼所能感受到的隻能是波長在可見光範圍内的光波信号。當各種不同波長的光信号一同進入我們的眼睛的某一點時，我們的視覺器官 會将它們混合起來，作為一種顔色接收下來。
雖然可見光的波長有一定的範圍，但我們在處理顔色時并不需要将每一種波長的顔色都 單獨表示。因為自然界中所有的顔色都可以用紅、綠、藍(RGB)這三種顔色波長的不同強度 組合而得，這就是人們常說的三基色原理。是以，這三種光常被人們稱為三基色或三原色。 傳感器内的 Color 和 ALS（環境光感應） 的檢測功能提供紅、綠、藍三色和清晰的光 強度資料。R、G、B、C 通道中的每個具有 UV- IR 遮光濾光片以及同時可産生 16 位資料 的專用資料轉換器。該架構允許應用程式準确測量環境光并感測顔色，使裝置能夠計算色溫 并控制顯示器背光。
超音波傳感器
人類做出動作的一大要素，在于身體會對外界環境進行感覺，那麼機器人可以通過傳感 器從外界來擷取資訊。傳感器相當于人的眼睛、耳朵等感覺器官，它将從外接擷取的資訊“翻 譯”成電信号，然後傳遞至機器人的微控制器中，進而讓機器人感覺外部的情況。
超音波傳感器簡介
人耳朵能聽到的聲波頻率為 20～20000Hz，當聲波的振動頻率大于 20000Hz 時，人耳 無法聽到，超音波因其頻率下限大約等于人的聽覺上限而得名。是以，我們把頻率高于 20000 赫茲的聲波稱為“超音波”。超音波傳感器是将超音波信号轉換成其他能量信号（通常是電 信号）的傳感器。
超音波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發射超音波，也可以接收超音波。
工作原理
采用 I/O 口 TRIG 觸發測距，給最少 10us 的高電平信呈。子產品自動發送 8 個 40khz 的 方波，自動檢測是否有信号傳回；如果有信号傳回，通過 I/O 口 ECHO 輸出一個高電平， 高電平持續的時間就是超音波從發射到傳回的時間。