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Embodied-AI-Guide
硬件篇

具身智能硬件涵盖多个技术栈:嵌入式软硬件、机械设计、机器人系统集成与传感器等。它们知识面很杂,但共同目标只有一个:把“算法”变成真实世界里稳定可复现的系统。
关于硬件学习,最有效的方式几乎永远是 从实践出发:先做出一个能跑起来的最小系统,再逐步扩展复杂度与可靠性。

(1) Embedded —— 嵌入式

嵌入式决定了机器人“神经系统”的下限:通信是否稳定、控制是否实时、驱动是否安全。建议按 入门单片机 → STM32 工程 → 电机驱动 → 嵌入式 Linux 的顺序推进。

路线/主题 资源 链接 说明
总览路线 嵌入式学习路线 link 用于建立学习路径与关键词地图
入门 51 单片机 link 江科大自动协经典入门
主流工程 STM32 单片机 link 从外设到工程结构
驱动关键 STM32 电机驱动(野火) link 控制闭环常见落点
工程体系 野火 STM32 标准库 link 更贴近工程写法
工程体系 正点原子 STM32 link 资料全,适合查漏补缺
上位平台 韦东山嵌入式 Linux link 走向系统级开发与部署

小结
做具身硬件时,嵌入式的价值不在“写出更炫的代码”,而在“系统能稳定跑、延迟可控、驱动可靠”。很多项目后期的崩溃都不是算法问题,而是控制链路与工程细节问题。


(2) Mechanical Design —— 机械设计

机械设计决定了机器人“身体”的能力边界:可达空间、刚度、负载、布线与维护成本等。对于算法同学来说,机械最关键的产出通常是 可制造的 CAD可用于仿真/控制的 URDF

主题 资源 链接 说明
CAD 入门 SolidWorks 教学 link 面向装配体与工程制图
工程衔接 从 SolidWorks 生成 URDF link 用装配体导出机器人模型并进入仿真/控制

(3) Robot System Design —— 机器人系统设计

系统设计关注的是“把多个模块拼成一个可维护系统”:硬件接口、软件架构、标定流程、调试策略、日志与安全机制。建议把系统设计当作“把机器人做成产品”的第一步。

资源 链接 说明
《机器人学简介》(教材 PDF) link 质量高,适合系统性阅读
Robotic Systems(Illinois) link 偏“系统化机器人学”的组织方式

(4) Sensors —— 传感器

具身系统里常见传感器包括相机、深度相机、IMU、力/力矩、触觉等。建议从“能直接用于闭环”的传感器开始(相机/深度/IMU),再逐步引入触觉等高难度模态。

(4.1) 深度相机(Depth Camera)

设备/生态 链接 说明
RealSense + ROS link 工程中常见深度相机生态

(5) Tactile Sensing —— 触觉感知(接触、力与精细操作)

触觉是“接触世界”的关键模态,尤其在装配、柔性物体、精细抓取和遮挡严重的场景中,触觉往往比视觉更可靠。整体上触觉硬件路线常见两类:视触觉(Vision-based tactile)电子皮肤(E-skin)

(5.1) 视触觉传感器(Vision-Based Tactile Sensors)

视触觉通过摄像头观测弹性介质/标记点的形变,把“触觉”转化为视觉信号来估计接触力、形变与接触几何。它的关键设计点通常包括:传感器形状、标记点布局、材料(硅胶/弹性体)以及光照与成像系统。

  • 优点:高分辨率、非侵入、易与视觉系统融合
  • 缺点:依赖视觉计算、易受光照影响、光学与封装设计复杂

两篇综述覆盖“算法视角”和“结构视角”,建议作为起点:
算法综述:link
结构综述:link

(5.2) 电子皮肤(Electronic Skin)

电子皮肤通常用柔性材料(压力薄膜、纳米传感网络等)实现大面积触觉,目标是让机器人拥有类似“全身触觉”的能力,用于安全、人机协作与全身接触交互。

  • 优点:可大面积覆盖、高灵敏度、可伸缩适配复杂表面
  • 缺点:制造与成本较高、数据规模大带来处理挑战、长期稳定性与漂移问题

综述入口:link

(5.3) 触觉应用与算法(把触觉变成能力)

触觉算法常见落点可以理解为四类:姿态/接触估计、识别与分类、触觉操控技能、统一表征/大模型

方向 代表工作 链接
姿态/接触估计(in-hand) 3D Shape Perception from Monocular Vision, Touch, and Shape Priors link
姿态/接触估计(in-scene) Fast Model-Based Contact Patch and Pose Estimation… link
分类/识别 Understanding Dynamic Tactile Sensing for Liquid Property Estimation link
分类/识别 Multimode Fusion Perception for Transparent Glass Recognition link
触觉操控(装配) Active Extrinsic Contact Sensing: Peg-in-Hole Insertion link
触觉操控(技能库) Building a Library of Tactile Skills Based on Fingervision link
触觉操控(线缆) Cable Manipulation with a Tactile-Reactive Gripper link
触觉操控(精细手部) Manipulation by Feel: Touch-Based Control with Deep Predictive Models link
触觉操控(visuotactile) NeuralFeels with Neural Fields… link
触觉大模型/统一表征 Binding Touch to Everything… (CVPR 2024) link

(5.4) 传感器购买(从研究到落地)

市面上已有成熟视触觉传感器产品,例如 GelSight:link


(6) Data Collection —— 数据采集硬件

采集范式 代表系统 / 资源 链接 动机与特点
双臂遥操作(Teleoperation) ALOHA video 通过主从机械臂映射,直接采集高精度 action + 多视角观测,动机是为复杂 manipulation(双臂、装配、工具)提供可直接用于控制学习的数据
第一人称数据(Ego-centric Video) Ego-centric Manipulation 放弃精确动作标注,换取低成本与大规模,主要动机是学习人类操作的视觉先验与高层行为结构
可穿戴示教(Wearable / Retargeting) UMI video 直接利用人体动作进行示教,强调示教效率与自然性,需要额外的动作映射(retargeting)
数据采集手套(Data Gloves) 手部动作采集 Zhihu 面向灵巧手与精细操作,动机是缩小人手与机器人手之间的表示差距,常用于 in-hand manipulation

(7) Companies —— 公司与硬件生态

公司 主营产品 Others
松灵 AgileX pipper 六轴机械臂
PIKA 数采方案
Cobot Magic 双臂遥操作平台
移动底盘
面向教育科研
宇树 Unitree 四足机器人开发指南
Go2 机器狗
AlienGo 机器狗
通用人形 H1
通用人形 G1
许多产出使用宇树的机器人作为硬件基础
方舟无限 ARX X5 机械臂
X7 双臂平台
R5 机械臂
适合复现很多经典工作,例如 aloha
RoboTwin 松灵底盘 + 方舟臂
波士顿动力 Boston Dynamics Spot 机器狗
Atlas 通用人形
具身智能本体制造商,从液压驱动转向电机驱动
灵心巧手 Linker Hand L30(健绳驱动)
Linker Hand L20(连杆驱动)
主攻各类灵巧手
灵巧智能 DexRobot Dexhand 021 灵巧手 19 自由度量产灵巧手
银河通用 GALBOT G1 专注于具身智能多模态大模型通用机器人研发
星海图 Galaxea A1 六轴机械臂
R1-Pro 仿人形机器人
软硬件产品均自主研发,专注于打造“一脑多型”
World Labs 专注于空间智能,致力于打造大型世界模型(LWM),以感知、生成并与 3D 世界进行交互。
相关介绍
星动纪元 Star1 人形
XHAND1 灵巧手
加速进化 Booster T1 人形
人形机器人(上海)有限公司 青龙机器人 全尺寸通用人形机器人,提供开源硬件设计图纸、软件框架代码、算法包和全链仿真工具。
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松应科技 具身智能仿真平台供应商
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