文章目录
- 机械臂构成
- 舵机
- 控制板
- 电源和支架
- CoreX Controller 主控器
- 点阵模块
- 颜色传感器
- 超声波传感器
机械臂构成
机器人的系统主要由控制主板、舵机、支架、电源、软件组成。其中不同的机器人的传 感器是有所区别的，仅就每个机器人硬件端都有的四大结构来看，它们之间的关系可参考下 图理解。
- 控制主板：通常又叫控制板，主要由微控制器、存储器、输入/输出端口等组成。 用以控制舵机，不仅可以通过计算机获取数据，还可以与传感器反馈信息一起协调机器人的 运动。正是鉴于这一作用，所以把它比为人的大脑控制人的运动。
- 舵机：作为机器人身上最常用的动作元件，属于电机的一种，可以设定转到的位置 （有效转动范围内），是机器人的执行端，就像人的拳头可以根据大脑发出的指令进行挥动。
- 支架：机身是机器人的外形，如同人类一样，也需要一个“强健的体魄”才能用于 支撑驱动装置和传动结构，通常为关节连接在一起的许多机械连杆的集合体。
- 电源：机器人需要一个能量源来驱动这些传动装置，因此电源是机器人结构的动力 中心，如同心脏在人类的地位一样，为机器人的活动提供动力。
那么根据上述介绍，xArm 机械臂按照结构划分： 1) 控制主板：xArm 专用舵机控制板 2) 舵机：爪子端采用爪子专用舵机，其余为 5 个 LX-15D 舵机。超声波背后采用 1 个 LFD-01 舵机。 3) 支架：6061 铝合金。 4) 电源：DC 直流电源适配器（7.5V 5A）
舵机
舵机，也被称为伺服电机，最开始被用来控制船舶的转向。因为它可以精准地控制舵盘
的转动角度，所以常常被用在有较高精度需求的机械系统中。与舵机关系最紧密的就是机器 人，不论是工业机器人，还是家庭服务机器人，它们都有很高的控制精度要求，舵机构成了 它们的关节，在机器人中舵机属于执行器部分，因此可以把舵机比喻为机器人的肌肉，同时 提供给它们动力。 伺服是什么呢？伺服一词源自希腊语“奴隶”的意思。在讯号来到之前，轮子静止不动； 讯号来到之后，轮子立刻转动。
舵机内部由电机、控制电路板、齿轮组、电位器四部分组成。
传统舵机有三条导线，分别是电源线，地线，信号控制线。
舵机工作原理：当舵机的控制电路板接收到脉冲信号后，控制电机转动，电机通过齿轮 组带动输出轴转动，输出轴转动的同时带动电位器转动。控制电路板检测到电位器转动后会 判断电位器是否转动到了指定角度，如果转动到了指定角度就让电机停止转动，否则继续转 动。
控制板
人类的大脑内有专门负责运动功能的系统，产生的运动从大脑通过神经传递到身体运动达到控制肌肉的作用。 那么控制板作为机器人的大脑，是机器人的指挥中枢，它可以控制舵机的转动。
舵机控制板从字面意思就是用于控制舵机的板子，就像驱动直流电机一样，机器人所使
用的舵机也需要专门驱动。从硬件结构上，主要由单片机、输出/输出端口/存储器及一些外 围电路所组成，如下图所示这个是单片机，也称为微控制器。虽然外表看似普通、个头小小， 但是地位不小！开发者通常会将舵机控制等程序写入到单片机中，这也是软件开发的魅力所在。
了 xArm 机械臂是由两种串行总线舵机所组成，和 PWM、 模拟舵机的控制方式是不同的，因此配备了专门的串行总线舵机控制板。
电源和支架
电源，是将其它的能转换为电能的装置。电力单元是机器人的能量来源，可以为机器人 的活动提供动力，相当于人类的心脏。机身通常由支架构成，如果人的骨架，一个完整的机 器人需要将机器人框架、控制板、电源、舵机、传感器等组装并固定起来。
xArm 控制板提供两种供电方式： 方式一（套件内含）：使用电源适配器（7.5V 5A）供电，一端连接控制板的 DC 直流电 源接口，另一端连接插排。
方式二（需要另购）：使用锂电池供电，将电池对接线安装至电源正负极（红色接+， 黑色接-），然后连接锂电池。
电源适配器是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，一般由外壳、电源 变压器和整流电路组成。 电源适配器因其具有体积小、重量轻、功耗小、效率高等优点被广泛应用于工业自动化 控制、军工设备、科研设备、LED 照明、数码产品和仪器类等领域，一般来说电源适配器 的作用就是变压器和整流器，交流 220V 首先通过变压器变压，再通过整流器变直流，将其 转换成能工作稳定的低电压。
锂电池具有重量轻、容量大等优点。它的能量密度很高，它的容量是同重量镍氢电池的 1.5-2 倍，另一方面其自放电率极低。此外，锂离子电池几乎没有“记忆效应”，不含有毒物。 基于以上诸多优点，锂电池被广泛应用于各种用电器中。特别是数码设备，基本都是采用锂 离子电池作用电源。 但是需要注意的是锂离子电池具备严格的放电底限电压，通常为 2.5V（不同型号锂电 池放电底限电压不同）。如果低于此电压继续放电，将严重影响电池的容量，甚至对电池造 成不可恢复的损坏。
xArm 机械臂支架部分采用 6061 铝合金，表面经过烤漆处理。
CoreX Controller 主控器
机器人如同人一样都是“血肉之躯”。传感器相当于人的五官， 是机器人的感觉器官。机器人通过传感器检测环境、获取信息，再根据外界环境作出相应的 反应。CoreX Controller 主控器可以控 制这些传感器。
主控器的介绍
主控器可以通过编 程，能够实现对传感器的控制，从而实现你想要的玩法和创意。
主控器的结构
主控器主要有以下组成：ESP32 微处理器、蜂鸣器、红外发射和接收模块、声音传感器、 2 个可编程按键、6 个 RGB 彩灯模块。
主控器包含的模块说明
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ESP32 微处理器
ESP32 是一款集成 Wi-Fi 功能的微控制器，支持蓝牙，内置 32 位双核处理器，可以用 来开发更复杂的应用。
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蜂鸣器
可以发出声音的电子模块，可通过程序设定来播放音乐、音调。
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RGB 彩灯模块
可以发光的电子模块， 以 Red 红色、Green 绿色、Blue 蓝色三色混光而成，可通过 程序自定义发出光。
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红外发射和接收模块
用以发射数据和接收数据，实现控制和被控制的电子模块，家中常见的电器如空调、电 视大多采取红外学习遥控编码的模式。
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声音传感器
相当于一个话筒（麦克风），检测声音音量大小可通过程序来发送数值。
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可编程按键
xArm 主控器内含有两个可编程按键 A 和 B，通过编程可以实现按键触发条件。
点阵模块
点阵，本身是一个几何学名词，英文为：lattice，是为格子框架的意思。点阵模块是由 一个 8*16 封装的模块组合点元板形成模块，通过编程可以让点阵显示多种图案。
工作原理
点阵模块是由发光的二极管组成，其工作是用 X,Y 坐标来指定网格中特定的 LED，其 中 X 表示水平位置，Y 表示垂直位置。 接下来简单介绍一下电平，电平可以理解为电压信号的强度。当对应的某一列置 1 电平， 某一行置 0 电平，则相应的二极管就会亮。 8*16 点阵方格对应坐标位置如下图所示：
颜色传感器
xArm 使用的颜色传感器是一款集成 ALS、红外 LED 和接近检测器的光学模块和环境 亮度感测的环境亮度的传感器，颜色传感器内置紫外线和红外线阻隔滤镜，四个单独的二极 管不同方向的敏感，以及一个 I2C 兼容接口。
工作原理
颜色的实质是一种光波，它的存在是因为有三个实体：光线、被观察的对象以及观察者。
人眼是把颜色当作由被观察对象吸收或者反射不同波长的光波形成的。例如当在一个晴 朗的日子里，我们看到阳光下的某物体呈现红色时，是因为该物体吸收了其它波长的光，只 把红色波长的光反射到我们人眼里。当然，我们人眼所能感受到的只能是波长在可见光范围内的光波信号。当各种不同波长的光信号一同进入我们的眼睛的某一点时，我们的视觉器官 会将它们混合起来，作为一种颜色接收下来。
虽然可见光的波长有一定的范围，但我们在处理颜色时并不需要将每一种波长的颜色都 单独表示。因为自然界中所有的颜色都可以用红、绿、蓝(RGB)这三种颜色波长的不同强度 组合而得，这就是人们常说的三基色原理。因此，这三种光常被人们称为三基色或三原色。 传感器内的 Color 和 ALS（环境光感应） 的检测功能提供红、绿、蓝三色和清晰的光 强度数据。R、G、B、C 通道中的每个具有 UV- IR 遮光滤光片以及同时可产生 16 位数据 的专用数据转换器。该架构允许应用程序准确测量环境光并感测颜色，使设备能够计算色温 并控制显示器背光。
超声波传感器
人类做出动作的一大要素，在于身体会对外界环境进行感知，那么机器人可以通过传感 器从外界来获取信息。传感器相当于人的眼睛、耳朵等感觉器官，它将从外接获取的信息“翻 译”成电信号，然后传递至机器人的微控制器中，从而让机器人感知外部的情况。
超声波传感器简介
人耳朵能听到的声波频率为 20～20000Hz，当声波的振动频率大于 20000Hz 时，人耳 无法听到，超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。因此，我们把频率高于 20000 赫兹的声波称为“超声波”。超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电 信号）的传感器。
超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。
工作原理
采用 I/O 口 TRIG 触发测距，给最少 10us 的高电平信呈。模块自动发送 8 个 40khz 的 方波，自动检测是否有信号返回；如果有信号返回，通过 I/O 口 ECHO 输出一个高电平， 高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。