○ 拆解機(jī)器人的關(guān)鍵器件組成

■ 視頻演示

● 機(jī)器人拆解：MCU控制芯片與GaN電機(jī)驅(qū)動(dòng)_嗶哩嗶哩_bilibili

●  機(jī)器人基礎(chǔ)硬件組成及電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制_嗶哩嗶哩_bilibili

■ 控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng) 基礎(chǔ)概念講解

1.  微控制器（MCU）或微處理器（MPU）相當(dāng)于機(jī)器人的 “大腦”。微控制器一般用于較為簡(jiǎn)單、對(duì)處理能力要求不太高的機(jī)器人中，它可以根據(jù)預(yù)設(shè)的程序，控制機(jī)器人的各個(gè)動(dòng)作和功能。例如，在一些基礎(chǔ)的循跡機(jī)器人中，微控制器通過(guò)讀取紅外傳感器檢測(cè)到的地面黑線信息，來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向，使機(jī)器人沿著黑線行駛。而微處理器性能更強(qiáng)，能夠處理更復(fù)雜的任務(wù)和算法，常用于智能程度較高的機(jī)器人，如可以進(jìn)行環(huán)境識(shí)別和自主導(dǎo)航的機(jī)器人，微處理器可以快速處理攝像頭、激光雷達(dá)等傳感器傳來(lái)的大量數(shù)據(jù)，規(guī)劃出機(jī)器人的行動(dòng)路徑。

電路板是連接各個(gè)電子元件的載體，它將微控制器、傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等元件連接在一起，使它們能夠協(xié)同工作。不同功能的電路板有不同的設(shè)計(jì)和布局，比如控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路板，上面集成了各種功率元件和控制芯片，負(fù)責(zé)將微控制器發(fā)出的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動(dòng)電機(jī)的強(qiáng)電信號(hào)。

2.  傳感器系統(tǒng)： 視覺(jué)傳感器（攝像頭）能讓機(jī)器人 “看” 到周?chē)沫h(huán)境。常見(jiàn)的攝像頭分為 CMOS 攝像頭和 CCD 攝像頭，CMOS 攝像頭具有成本低、功耗小的特點(diǎn)，在大多數(shù)消費(fèi)級(jí)機(jī)器人中廣泛應(yīng)用。例如，掃地機(jī)器人通過(guò)攝像頭識(shí)別房間的布局、家具的位置以及地面上的垃圾等，然后規(guī)劃清掃路徑。攝像頭捕捉到的圖像信息會(huì)傳輸給微處理器進(jìn)行分析和處理。

超聲波傳感器利用超聲波來(lái)測(cè)量距離。它通過(guò)發(fā)射超聲波，然后接收反射回來(lái)的超聲波，根據(jù)聲波傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算與障礙物之間的距離。在一些避障機(jī)器人中，超聲波傳感器安裝在機(jī)器人的前方和側(cè)面，當(dāng)檢測(cè)到前方有障礙物時(shí)，傳感器將信號(hào)傳送給微控制器，微控制器控制電機(jī)反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)向，使機(jī)器人避開(kāi)障礙物。

觸摸傳感器可以讓機(jī)器人感知外界的觸碰。它一般由彈性材料和電極組成，當(dāng)受到外力擠壓時(shí)，彈性材料變形，導(dǎo)致電極之間的電阻或電容發(fā)生變化，從而產(chǎn)生電信號(hào)。例如，在一些兒童陪伴機(jī)器人上，當(dāng)小朋友觸摸機(jī)器人時(shí)，觸摸傳感器感知到觸碰，機(jī)器人會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)，如說(shuō)話、唱歌等。

3.  動(dòng)力系統(tǒng)： 電機(jī)是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的核心動(dòng)力源。常見(jiàn)的有直流電機(jī)，它通過(guò)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的原理轉(zhuǎn)動(dòng)，能為機(jī)器人的關(guān)節(jié)、輪子等提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，比如在一些簡(jiǎn)單的輪式機(jī)器人中，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪子使機(jī)器人移動(dòng)。還有伺服電機(jī)，它不僅能控制轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，還能精確控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，在人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)處廣泛應(yīng)用，讓人形機(jī)器人可以做出各種復(fù)雜且精準(zhǔn)的動(dòng)作，像抬手、彎腰等動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)都離不開(kāi)伺服電機(jī)。

電池則為電機(jī)以及機(jī)器人的整個(gè)電路系統(tǒng)供電。常見(jiàn)的有鋰電池，它具有能量密度高、重量輕、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)。例如，一些小型家用服務(wù)機(jī)器人使用鋰電池，一次充電后可以持續(xù)工作幾個(gè)小時(shí)，為完成清潔、陪伴等任務(wù)提供電力支持。

打電話、拍照功能所依賴(lài)的硬件

視頻演示

●  45分鐘，為你深度講解手機(jī)所有重要組件的工作原理_嗶哩嗶哩_bilibili

●  智能硬件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)-02 手機(jī)硬件系統(tǒng)及手機(jī)原理圖串講_嗶哩嗶哩_bilibili

1.  基帶芯片：基帶芯片是手機(jī)通信功能的核心硬件之一。它負(fù)責(zé)處理手機(jī)與基站之間的通信協(xié)議，將語(yǔ)音信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)等進(jìn)行編碼和解碼，以便手機(jī)能夠與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互。例如，當(dāng)我們撥打一個(gè)電話號(hào)碼時(shí)，基帶芯片會(huì)將我們的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，并通過(guò)天線發(fā)送出去。同時(shí)，它也會(huì)接收基站傳來(lái)的信號(hào)，將其解碼為我們能聽(tīng)到的語(yǔ)音信號(hào)。不同的基帶芯片支持不同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，如 2G、3G、4G、5G 等，隨著技術(shù)的發(fā)展，基帶芯片不斷升級(jí)，以提供更快的數(shù)據(jù)傳輸速度和更穩(wěn)定的通信連接。

2.  射頻模塊：射頻模塊包括射頻收發(fā)器、功率放大器、濾波器等部件。射頻收發(fā)器負(fù)責(zé)將基帶芯片處理后的信號(hào)調(diào)制到射頻頻段，并通過(guò)天線發(fā)射出去，同時(shí)接收來(lái)自天線的射頻信號(hào)并解調(diào)為基帶信號(hào)。功率放大器用于增強(qiáng)發(fā)射信號(hào)的功率，確保信號(hào)能夠在一定距離內(nèi)有效傳輸?shù)交尽V波器則用于篩選出特定頻率的信號(hào)，去除干擾信號(hào)。例如，在信號(hào)較弱的環(huán)境中，功率放大器會(huì)提高發(fā)射功率，以保證通話質(zhì)量。射頻模塊的性能直接影響手機(jī)的信號(hào)強(qiáng)度和通信質(zhì)量。

3.  天線：天線是手機(jī)與外界進(jìn)行無(wú)線通信的關(guān)鍵部件。它負(fù)責(zé)將射頻模塊發(fā)射的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁波輻射出去，同時(shí)接收來(lái)自基站的電磁波并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送給射頻模塊。手機(jī)天線的設(shè)計(jì)多種多樣，有內(nèi)置天線和外置天線。內(nèi)置天線通常采用微帶天線、PIFA 天線等形式，它們被集成在手機(jī)內(nèi)部，不影響手機(jī)的外觀。外置天線則較為常見(jiàn)于早期的手機(jī)，現(xiàn)在一些特殊用途的手機(jī)，如對(duì)講機(jī)等，仍然采用外置天線，以獲得更好的信號(hào)接收效果。天線的性能和位置會(huì)影響手機(jī)在不同環(huán)境下的信號(hào)接收能力。

拍照功能所依賴(lài)的硬件

1.鏡頭：鏡頭是手機(jī)相機(jī)的光學(xué)部件，其作用類(lèi)似于人眼的晶狀體。手機(jī)鏡頭一般由多片鏡片組成，這些鏡片可以是玻璃材質(zhì)或塑料材質(zhì)。鏡片的數(shù)量和質(zhì)量會(huì)影響鏡頭的成像質(zhì)量，例如，更多的鏡片可以減少光線的折射和散射，提高成像的清晰度和色彩還原度。鏡頭的焦距決定了相機(jī)的拍攝視角和拍攝距離，常見(jiàn)的手機(jī)鏡頭有廣角鏡頭、超廣角鏡頭和長(zhǎng)焦鏡頭。廣角鏡頭適合拍攝風(fēng)景等大場(chǎng)景，能夠容納更廣闊的畫(huà)面；超廣角鏡頭則可以拍攝出更夸張的視角效果，常用于拍攝全景照片；長(zhǎng)焦鏡頭可以讓我們拍攝遠(yuǎn)處的物體，實(shí)現(xiàn)光學(xué)變焦功能，使遠(yuǎn)處的物體看起來(lái)更清晰、更大。

2.圖像傳感器：圖像傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的關(guān)鍵部件，常見(jiàn)的有 CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）傳感器。CMOS 傳感器由大量的像素單元組成，每個(gè)像素單元都能感知光線的強(qiáng)度和顏色信息。像素單元的數(shù)量決定了傳感器的像素大小，像素越高，理論上能夠拍攝出更清晰、細(xì)節(jié)更豐富的照片。傳感器的尺寸也很重要，較大尺寸的傳感器可以接收更多的光線，在低光環(huán)境下拍攝出更好的照片，減少噪點(diǎn)的產(chǎn)生。例如，一些高端手機(jī)采用了大尺寸的 CMOS 傳感器，在夜景拍攝方面表現(xiàn)出色。

3.圖像信號(hào)處理器（ISP）：ISP 負(fù)責(zé)對(duì)圖像傳感器輸出的原始電信號(hào)進(jìn)行處理。它會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行降噪、白平衡調(diào)整、色彩校正、對(duì)比度增強(qiáng)等操作，將原始的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為我們?cè)谑謾C(jī)相冊(cè)中看到的高質(zhì)量圖像。ISP 的性能會(huì)影響照片的色彩、清晰度、動(dòng)態(tài)范圍等方面。一些手機(jī)廠商會(huì)自主研發(fā) ISP，以?xún)?yōu)化特定場(chǎng)景下的拍攝效果，如蘋(píng)果的 A 系列芯片集成了強(qiáng)大的 ISP，能夠在人像模式下實(shí)現(xiàn)更好的背景虛化效果和人物膚色還原。

○ 拋出定義

■ 視頻演示 硬件產(chǎn)品經(jīng)理必修課：智能硬件系統(tǒng)構(gòu)成_嗶哩嗶哩_bilibili

● 我們身邊的智能硬件產(chǎn)品

1.智能家居類(lèi)：

●智能音箱：像小愛(ài)音箱、天貓精靈等。它們內(nèi)置了語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)和智能語(yǔ)音助手，用戶可以通過(guò)語(yǔ)音指令讓音箱播放音樂(lè)、查詢(xún)天氣、設(shè)置鬧鐘、控制其他智能家電等。例如，當(dāng)我們說(shuō) “小愛(ài)同學(xué)，播放一首周杰倫的歌曲”，智能音箱就能識(shí)別語(yǔ)音指令，從網(wǎng)絡(luò)上搜索并播放相應(yīng)的音樂(lè)。智能音箱通過(guò) Wi-Fi 連接到家庭網(wǎng)絡(luò)，與其他智能設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)，構(gòu)建智能家居生態(tài)系統(tǒng)。

●智能攝像頭：用于家庭安防，如小米智能攝像頭、360 智能攝像頭等。它們具備高清拍攝功能，支持夜視模式，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控家庭環(huán)境。通過(guò)手機(jī)應(yīng)用程序，用戶可以遠(yuǎn)程查看攝像頭拍攝的畫(huà)面，當(dāng)攝像頭檢測(cè)到異常移動(dòng)時(shí)，會(huì)及時(shí)向用戶的手機(jī)發(fā)送警報(bào)信息。一些智能攝像頭還支持雙向語(yǔ)音通話功能，用戶可以通過(guò)手機(jī)與家中的人進(jìn)行對(duì)話。智能攝像頭一般通過(guò) Wi-Fi 連接網(wǎng)絡(luò)，部分還支持存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)或云存儲(chǔ)，方便用戶保存監(jiān)控視頻。

2.智能健康類(lèi)：

●智能手環(huán)：如華為手環(huán)、小米手環(huán)等。它們可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的心率、睡眠質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)步數(shù)、卡路里消耗等健康數(shù)據(jù)。通過(guò)藍(lán)牙與手機(jī)連接，將采集到的數(shù)據(jù)同步到手機(jī)應(yīng)用程序中，用戶可以在手機(jī)上查看自己的健康狀況統(tǒng)計(jì)圖表，了解自己的運(yùn)動(dòng)和健康趨勢(shì)。一些智能手環(huán)還具備運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別功能，能夠自動(dòng)識(shí)別用戶正在進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，如跑步、游泳、騎行等，并記錄相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。此外，智能手環(huán)還可以接收手機(jī)的來(lái)電、短信和其他通知提醒，方便用戶在運(yùn)動(dòng)時(shí)也不會(huì)錯(cuò)過(guò)重要信息。

●智能血壓計(jì)：歐姆龍智能血壓計(jì)等產(chǎn)品。它與傳統(tǒng)血壓計(jì)相比，增加了智能連接功能。用戶測(cè)量血壓后，數(shù)據(jù)可以自動(dòng)通過(guò)藍(lán)牙或 Wi-Fi 上傳到手機(jī)應(yīng)用程序或云端，方便用戶隨時(shí)查看自己的血壓歷史數(shù)據(jù)。同時(shí)，一些智能血壓計(jì)還能根據(jù)用戶的血壓數(shù)據(jù)提供健康建議，如果血壓出現(xiàn)異常，會(huì)及時(shí)向用戶和用戶的家人發(fā)送提醒信息，方便用戶關(guān)注自己的健康狀況，也便于家人對(duì)用戶的健康進(jìn)行遠(yuǎn)程關(guān)懷和管理。

3.智能交通類(lèi)：

●智能汽車(chē)：特斯拉汽車(chē)是智能汽車(chē)的典型代表。它配備了先進(jìn)的自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)，通過(guò)攝像頭、雷達(dá)等多種傳感器感知周?chē)牡缆翻h(huán)境和交通狀況，利用強(qiáng)大的車(chē)載芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車(chē)、自適應(yīng)巡航、車(chē)道保持輔助等功能。智能汽車(chē)還具備智能互聯(lián)功能，支持在線地圖導(dǎo)航、音樂(lè)播放、軟件升級(jí)等，用戶可以通過(guò)手機(jī)應(yīng)用程序遠(yuǎn)程控制汽車(chē)的一些功能，如開(kāi)鎖、啟動(dòng)空調(diào)等。此外，智能汽車(chē)內(nèi)部通常配備了大尺寸的觸摸屏，用戶可以通過(guò)觸摸操作來(lái)控制汽車(chē)的各種功能，提供更加便捷和智能的駕駛體驗(yàn)。

●智能自行車(chē)：一些品牌推出的智能自行車(chē)，內(nèi)置了 GPS 定位模塊、速度傳感器、心率傳感器等。通過(guò)手機(jī)應(yīng)用程序，用戶可以查看自己的騎行路線、速度、距離、消耗的卡路里等數(shù)據(jù)，還能設(shè)置騎行目標(biāo)并實(shí)時(shí)查看完成進(jìn)度。部分智能自行車(chē)還具備防盜功能，當(dāng)自行車(chē)被盜移動(dòng)時(shí)，手機(jī)會(huì)收到警報(bào)信息，并且可以通過(guò) GPS 定位找到自行車(chē)的位置。智能自行車(chē)通過(guò)藍(lán)牙與手機(jī)連接，為騎行愛(ài)好者提供了更豐富的騎行數(shù)據(jù)和智能化的使用體驗(yàn)。

4.智能教育類(lèi)：

●智能學(xué)習(xí)平板：如訊飛學(xué)習(xí)機(jī)等。這些平板內(nèi)置了豐富的學(xué)習(xí)資源，涵蓋了各個(gè)學(xué)科的課程視頻、電子教材、練習(xí)題等。通過(guò)人工智能技術(shù)，學(xué)習(xí)平板可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)推薦，例如，當(dāng)學(xué)生在做數(shù)學(xué)練習(xí)題時(shí)，平板會(huì)根據(jù)學(xué)生的答題情況分析出學(xué)生的薄弱知識(shí)點(diǎn)，然后針對(duì)性地推送相關(guān)的學(xué)習(xí)資料和練習(xí)題，幫助學(xué)生鞏固知識(shí)。智能學(xué)習(xí)平板還支持家長(zhǎng)管控功能，家長(zhǎng)可以通過(guò)手機(jī)應(yīng)用程序設(shè)置孩子使用平板的時(shí)間、限制訪問(wèn)的應(yīng)用程序等，確保孩子合理使用電子設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)。

●智能機(jī)器人教育產(chǎn)品：如大疆機(jī)甲大師 RoboMaster S1 等。這類(lèi)產(chǎn)品融合了編程、機(jī)器人控制、人工智能等知識(shí)，通過(guò)圖形化編程界面，讓學(xué)生可以輕松為機(jī)器人編寫(xiě)程序，控制機(jī)器人完成各種動(dòng)作和任務(wù)，如前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、射擊等。在編程過(guò)程中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)到編程邏輯、數(shù)學(xué)知識(shí)等，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力。同時(shí)，一些智能機(jī)器人教育產(chǎn)品還支持多人對(duì)戰(zhàn)功能，學(xué)生可以通過(guò)手機(jī)或遙控器操控機(jī)器人進(jìn)行競(jìng)技比賽，增加學(xué)習(xí)的趣味性和互動(dòng)性。

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