第三章 核心硬件选型（二）：执行器与传感器选型

上一章我们把主控和通信方案定了，这一章聊聊真正让机器人「动起来」和「感知世界」的部件——执行器和传感器。说白了，舵机、电机、IMU、摄像头这些，才是决定你机器人能不能干活的关键。

我见过不少同学，主控板选得挺贵，结果舵机扭矩不够，手臂抬不起来；或者摄像头分辨率太高，主控根本跑不动。嗯，这里面的坑，我踩过不少，今天一并说清楚。

3.1 舵机选型：关节动力的核心

对于低成本ACT平台，舵机是关节执行器的主力。我个人习惯把舵机分成三类：

• 普通PWM舵机：50Hz PWM控制，便宜，但精度一般
• 串行总线舵机：用UART或RS485通信，可回读位置、温度、电压
• 智能伺服舵机：带PID闭环，支持力矩控制，价格稍高

我在项目中遇到过最尴尬的事——用普通PWM舵机做机械臂，结果位置回读全靠猜，每次上电都要重新校准。后来换成串行总线舵机，一个指令就能知道当前角度，省心太多了。

接口匹配上要注意：舵机供电通常是6-8.4V，而主控板是3.3V或5V。千万别直接连！我建议用光耦隔离或电平转换模块，否则烧主控是分分钟的事。

3.2 直流电机选型：移动底盘的动力源

如果你的ACT平台需要移动（比如AGV小车），直流电机就绕不开。选型时主要看三个参数：

1. 额定扭矩：决定了能不能爬坡、载重
2. 空载转速：决定了移动速度
3. 额定电压：要和电池匹配

你想想看，一个10cm直径的轮子，配300rpm的电机，算下来速度大概0.5m/s，室内用刚好。太快了容易撞墙，太慢了效率低。

接口匹配方面，直流电机驱动常用L298N、TB6612或DRV8833。注意驱动板的逻辑电平要和主控匹配——3.3V主控配5V逻辑的驱动板，需要加电平转换。

3.3 IMU选型：姿态感知的基石

IMU（惯性测量单元）负责感知机器人的姿态、加速度、角速度。对于ACT平台，IMU主要用于：

• 机械臂末端姿态补偿
• 移动底盘的自平衡
• 运动轨迹的积分推算

常见的IMU芯片有MPU6050（六轴）、MPU9250（九轴）、ICM-20948等。我个人习惯用MPU6050，便宜、资料多、库函数成熟。但要注意——MPU6050的原始数据噪声很大，必须做滤波处理。

接口匹配上，IMU通常用I2C或SPI。I2C接线简单（SDA、SCL两根线），但速率有限；SPI更快，但需要多一根片选线。对于低成本平台，I2C完全够用。

3.4 摄像头选型：视觉感知的眼睛

摄像头是ACT平台实现「具身智能」的关键。选型时考虑：

参数	推荐值	说明
分辨率	640×480 或 1280×720	太高了主控跑不动，太低了看不清
帧率	30fps	低于15fps会有明显卡顿
接口	USB 或 MIPI	USB即插即用，MIPI延迟更低
视场角	60°-120°	太窄视野受限，太宽畸变严重

对于低成本ACT，我推荐用USB摄像头（如罗技C270或国产OV5640模组）。为什么？因为USB摄像头驱动成熟，OpenCV直接调用，省去写驱动的麻烦。

接口匹配上要注意：USB摄像头需要USB Host接口，如果你的主控是ESP32或STM32，要确认是否支持USB Host模式。另外，摄像头的数据传输带宽很大，建议用USB 2.0以上。

3.5 接口匹配总览

说了这么多，其实接口匹配的核心就一句话：电压匹配、协议匹配、速率匹配。我画了一张图，帮你理清各部件之间的连接关系：

从这张图可以看出，主控板是核心枢纽，所有执行器和传感器都通过不同接口与主控连接。舵机和电机需要额外供电，IMU和摄像头可以直接从主控取电（但要注意电流限制）。

3.6 选型清单与成本估算

最后，我列一份低成本ACT平台的参考选型清单，总成本控制在500元以内：

部件	型号	数量	单价(元)	小计(元)
串行总线舵机	LX-16A (20kg·cm)	6	45	270
直流电机+编码器	N20微型电机	2	25	50
电机驱动板	TB6612	1	15	15
IMU	MPU6050	1	12	12
USB摄像头	OV5640模组	1	35	35
电源模块	LM2596降压模块	1	10	10
总计				392元

这个清单是我实际搭建过的一套配置，性能足够跑基本的ACT算法（如模仿学习、遥操作）。当然，如果你预算更宽裕，可以把舵机换成更高扭矩的型号，摄像头换成全局快门的工业相机。