- Fundamentals · 21 分钟阅读
单板计算机的工作原理及主要产品——树莓派 5、Jetson、Coral
我们对比了三种设计理念下的嵌入式计算机，它们共同构成了机器人的“大脑”——树莓派5的通用SoC、NVIDIA Jetson Orin的GPU集成AI计算机以及谷歌Coral的专用ASIC。文章探讨了TOPS/W能效指标的实际含义，以及newbot项目为何选择通用SoC，并深入分析了2026年AI数据中心DRAM短缺问题对业余单板计算机市场的影响。
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激光雷达的工作原理及主要产品——Livox、Velodyne、Hesai
激光雷达通过测量光往返时间来测量距离，从旋转式的Velodyne Puck到降低成本的非旋转式Livox Mid-360S，再到中国厂商Hesai和RoboSense，我们对比了实际量产产品的真实规格，并追溯了该行业的真实发展历程，从DARPA挑战赛到大疆的分拆，再到沃尔沃与Luminar合作的破裂。
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单筒相机的工作原理及主要产品——Mobileye、特斯拉、大陆集团
单目摄像头通过单个镜头读取车道线、标志和障碍物，从而实现低成本和小巧的体积，但代价是存在一个根本性的局限性——仅凭单张图像无法确定绝对距离。我们研究了 Mobileye EyeQ6L、Tesla HW4、Continental MFC500 和 comma.ai 的实际案例，了解它们各自如何克服这一限制，并追溯了希伯来大学实验室如何发展成为 Mobileye，最终被英特尔以超过 150 亿美元的价格收购，以及特斯拉在 2021 年决定从 Tesla Vision 中“移除”雷达功能。
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立体相机的工作原理及主要产品——ZED 2i、斯巴鲁 EyeSight
立体相机通过两个镜头之间的视差进行三角测量，从而解决了单目相机从根本上受限的绝对尺度问题。我们考察了 Stereolabs ZED 2i、Luxonis OAK-D 和 e-con Systems TARA 的实际规格，并追溯了斯巴鲁 EyeSight 系统（自 2008 年以来已安装在超过 500 万辆汽车上）发展历程中的基线长度权衡问题——此外，我们还讲述了 EyeSight 的创始人离开斯巴鲁，创立自己的立体视觉初创公司的故事。
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深度摄像头的工作原理及主要产品——RealSense、Kinect、Orbbec
主动立体视觉利用红外发射器投射图案并进行立体匹配；结构光通过已知图案的变形来读取深度；飞行时间法则直接从相位偏移中读取距离——这三种深度摄像头技术并存。我们将探讨每种技术背后的原理，并以英特尔 RealSense D435i、微软 Kinect、Orbbec Femto Bolt 和 iPhone TrueDepth 为例进行实际分析，同时追溯以色列初创公司 PrimeSense 的技术如何孕育出 Kinect，被苹果收购，最终演变为 Face ID。
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IMU的工作原理和主要产品——Xsens、博世、Analog Devices
“惯性测量单元 (IMU) 将加速度计和陀螺仪结合使用，直接感知车辆自身的平移加速度和旋转速率。与摄像头或激光雷达不同，它不依赖任何外部设备——但这种独立性也带来了一个不可避免的问题：误差会随着时间的推移而累积（漂移）。我们将深入研究 MEMS 陀螺仪原理、艾伦方差噪声分析、从消费级芯片到导航级模块的等级划分，以及 Xsens 的 MTi 系列产品策略。”
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读取静止IMU日志：偏差、散布和艾伦偏差
计算均值、标准差和非重叠艾伦偏差，无需 overinterpreting a short gyro log.
- Hands-on · 3 分钟阅读
采样和混叠：为什么更快的轮询还不够
从 12 Hz 和 8 Hz 信号中重现相同的样本，并区分 ODR， bandwidth, polling and decimation.
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旋转编码器的工作原理——光学和磁性
我们从电机的轴角度和速度传感器中比较了旋转编码器的两种工作原理——光学式（通过中断光线来读取位置）和磁性式（通过读取磁场的方向）。
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GNSS工作原理及主要产品——u-blox、Trimble、Fixposition
“RTK 将卫星定位与基站的校正数据相结合，将独立 GNSS 定位的几米误差缩小到厘米级。我们将探讨双频定位如何消除电离层延迟，u-blox 的 ZED-F9P 如何推动低成本 RTK 进入主流市场，以及 Trimble RTX 和日本的 Michibiki（QZSS）等技术，并以久保田公司为农机设备在全国范围内部署的 342 个 RTK 基站网络为例，分析这些技术如何影响实际的定位精度。”
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磁力计的工作原理及主要产品——博世、意法半导体、霍尼韦尔
磁力计通过感知地球磁场的方向来推导航向，它是唯一一种只要有电就能持续返回绝对方向外部参考的传感器——从智能手机的电子罗盘到无人机的偏航角校正，再到立方体卫星的姿态控制，磁力计的应用无处不在。本文阐述了磁力计的四大基本物理原理——霍尔效应、自调制磁阻 (AMR)、巨磁阻 (GMR) 和磁通门——并比较了博世 BMM150、意法半导体 LIS3MDL 和霍尼韦尔 HMC5883L 三款芯片的实际规格，涵盖了硬铁/软铁误差及其校准、姿态航向参考系统 (AHRS) 传感器与惯性测量单元 (IMU) 的融合，以及这项技术从矿产勘探、二战时期的反潜作战、月球探测到如今立方体卫星姿态控制的发展历程。
- Fundamentals · 13 分钟阅读
雷达工作原理及主要产品——大陆集团、博世、本田SENSING
毫米波雷达通过反射无线电波来测量距离和相对速度，因此它是最能抵抗雨水、雾气、眩光和其他不利条件（这些条件会给光学传感器带来麻烦）的传感器。我们将探讨调频连续波（FMCW）的拍频如何同时测量距离和速度，雷达技术的起源可以追溯到二战时期的“链式家园”（Chain Home）系统，特斯拉放弃和后来重新启用雷达技术，大陆集团ARS540的4D成像规格，以及本田SENSING 360五雷达360度全方位覆盖的实际案例——以及这些因素如何影响测距/视场/分辨率之间的权衡。
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超声波传感器的工作原理及主要产品——博世、村田、丰田ICS
“超声波传感器通过测量超声波脉冲的往返时间来测定附近障碍物的距离——它是激光雷达的声学对应物。它可以穿透光学传感器无法探测的物体，包括透明玻璃和黑色物体，但其有效探测范围最大只有几米。我们研究了蝙蝠回声定位的研究、第一次世界大战中声纳的发展、博世USS Gen 6的测量范围、机器人领域常用的村田MA40S4S和MaxBotix模块，以及丰田八传感器智能间隙声纳的实际案例——并探讨了这些因素如何影响实际性能。”
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事件摄像机 (DVS) 的工作原理和主要产品 — Prophesee、iniVation
与以固定间隔持续拍摄帧（静态图像）的传统相机不同，事件相机（动态视觉传感器，DVS）的每个像素都独立地报告其亮度变化的瞬间，分辨率高达微秒级。我们追溯了实际芯片——Prophesee Metavision、iniVation DVXplorer/DAVIS、三星 DVS-Gen4——的神经形态工程发展历程，从 1988 年的硅视网膜研究到 2024 年 iniVation 的收购，再到立体事件相机自动驾驶数据集 DSEC 以及在无人机上运行的 SLAM 研究。
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温度传感器的工作原理及代表产品——热电偶、PT100、DS18B20
“所有温度传感器都做着同一件事——将热量转化为电信号——但其背后的物理原理却分为四大类：热电偶中的塞贝克效应、热电阻和电阻温度计中的电阻-温度关系、半导体集成电路的带隙特性，以及红外辐射温度计背后的斯蒂芬-玻尔兹曼定律。本文追溯了温度传感器的发展历程，从塞贝克1821年的误解，到校准PT100传感器的卡伦德-范杜森方程，再到对DS18B20、TMP117和MLX90614等实际集成电路的规格比较，以及一个F1赛车使用12个非接触式红外传感器读取轮胎温度的实际案例。”
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力觉和触觉传感器的工作原理——ATI、Bota、XELA
“力传感器赋予机器人手臂‘感知手臂’的能力，触觉传感器赋予机器人手‘感知指尖’的能力。我们追溯了从应变计到三种触觉传感方法（压阻式、电容式和光学式）的物理原理，并考察了从 ATI、Bota Systems 和 XELA Robotics 等公司的实际产品，以及 Shadow Robots 公司搭载 129 个传感器的假肢式机械手，同时讲述了应变计在 1938 年同时发明的真实故事。”
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执行器的工作原理——无刷直流电机、步进电机、伺服电机
我们从三个角度比较了构成机器人“肌肉”的执行器——无刷直流电机、步进电机和伺服电机。这三者实际上并非并列分类；电机结构（无刷直流/步进）和控制架构（伺服）是两个不同的维度，但人们常常将它们混淆。为了厘清这种混淆，我们追溯了扭矩/响应/控制之间真正的权衡关系，从NASA的真空环境下电刷磨损问题一直到维纳控制论的诞生。
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电池和电池管理系统 (BMS) 的工作原理 — Molicel、DJI、三星 SDI
决定机器人或无人机续航里程和安全性的并非电机或传感器套件，而是电池及其电池管理系统（BMS）。从锂离子电池的电化学特性到电池均衡和保护电路，我们对比了Molicel高放电电池、DJI智能飞行电池以及三星SDI新一代固态电池的实际规格，并探讨了波音787火灾给业界带来的关于BMS局限性的启示。
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机器人电源设计——诊断电机启动期间的计算机重置
将电机负载变化与电压下降联系起来，并定位电池故障。 wiring, converter and computer.
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无线通信模块的工作原理——ESP32、nRF52840、SX1262
“传感器测量值在外部传输几乎总是通过无线电波实现的。我们将追溯 Wi-Fi 的 OFDM 如何利用正交子载波克服多径效应，BLE 的 GFSK 调制和星型拓扑如何实现占空比控制，以及 LoRa 的啁啾扩频 (CSS) 如何在 SF7-12 扩频因子范围内以数据速率换取传输距离——所有这些都基于 ESP32-C6、Nordic nRF52840、Semtech SX1262、TI CC2652R7 和 MultiTech mDot 等芯片的实际数据。从 1999 年 Wi-Fi 的命名风波，到 1996 年源自 10 世纪丹麦国王称号的 Bluetooth 名称，再到由一家法国小型创业公司开发的 LoRa 如何被 Semtech 收购，以及 ZENNER 的 LoRaWAN 智能电表网络规模突破 1000 万的实际案例。”对于各种设备，我们会研究如何选择频段、发射功率、灵敏度和拓扑结构。
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边缘人工智能加速器——Coral、Jetson、Movidius
本文并非比较树莓派或Jetson等整个单板计算机，而是聚焦于其上的“AI推理加速器”芯片，并比较了三种设计理念——谷歌Coral（Edge TPU）、英特尔Movidius（Myriad X）和NVIDIA Jetson Orin NX。文章通过一个Skydio无人机在单个Jetson TX2上同时运行九个神经网络的实际案例，阐述了INT8量化为何以牺牲精度换取速度，并探讨了Coral的现状：尽管谷歌实际上已经放弃了该项目，但其社区仍在努力维持着它的生命力。