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EXP-02 · 第 02/03 章 · 操作性 · 8 学时

机械臂硬件组装与串口识别

本课是全课的视频重点课:9 段指导视频覆盖主臂安装、从臂安装、设置电机编号、Gripper 与 Joint1~Joint5 逐关节上臂全过程。你将把主臂卡钳夹紧桌面、从臂卡上小推车,接对 5V/12V 两路电源与串口线,再用 lerobot-find-port 找到每条臂的端口并落成永久别名——这是"从零件到能被软件认出来的机械臂"最关键的一步。

难度 ⭐⭐ · 8 学时 9 段装配视频5V 2A / 12V 8A lerobot-find-port四臂别名

00课程节奏:五星学习法 · 8 段微课(每段 ≤ 15 min)

本实验按五星学习法组织:先用一个真实装配故障聚焦问题,再激活旧知(串口通信与电源极性),接着示证新知(六关节结构 + 爆炸图),然后跟着 9 段视频应用新知完成逐关节装配与 find-port 找口,最后借排障与拓展融会贯通。全程切成 8 段微课、每段不超过 15 分钟,段间停顿 1~2 分钟消化;纯讲授合计约 100 分钟,其余课时用于动手实操装配与个别辅导。

① 聚焦问题
课段 1 · 12 min
"通电冒烟 / 编号错位致手臂反向动"故障引入
② 激活旧知
课段 2 · 8 min
串口通信 · 电源极性 · USB 枚举与 EXP-01 udev 别名
③ 示证新知
课段 3~4 · 27 min
硬件三大件实物 + 六关节爆炸图动画
④ 应用新知
课段 5~7 · 40 min
9 段装配视频实操 + find-port + 装配顺序自测
⑤ 融会贯通
课段 8 · 13 min
排障口诀 · 拓展挑战 · 思考题
课段五星阶段时长对应章节本段任务
课段 1聚焦问题12 min§01 + §02 前半抛出"通电冒烟"与"编号错位致反向动"两个现场故障,明确装配纪律
课段 2激活旧知8 min§02 后半串口通信·电源极性·USB 枚举旧知,衔接 EXP-01 的 udev 别名
课段 3示证新知15 min§03对照实物认识主臂/从臂/摄像头,区分 5V 与 12V 供电
课段 4示证新知12 min§06六关节爆炸图动画,理解 shoulder→gripper 逐级装配逻辑
课段 5应用新知15 min§04 步骤1~3 + 视频①②③主臂上桌、从臂上车、设置电机编号(边看视频边动手)
课段 6应用新知15 min§04 步骤4~5 + 视频④~⑨ + §05Gripper→Joint5 逐关节上臂,find-port 找口核对别名
课段 7应用新知10 min§07装配顺序点击排序自测,全对方可进入下一实验
课段 8融会贯通13 min§08~§10排障口诀收口,挑战题与思考题拔高迁移

讲课提示:课段 1/2 以讲授 + 提问为主;课段 3~4 用实物 + 动画;课段 5~6 边看视频边装配(每段视频后暂停让学员动手);课段 7 学员独立完成;课段 8 答疑拔高。段间停顿 1~2 分钟。

01学习目标课段 1 · 聚焦问题 · 12 min

  • 能区分主臂与从臂的安装方式与供电规格:主臂 5V 2A 固定桌面、从臂 12V 8A 卡小推车
  • 能按 9 段视频独立完成 设置电机编号 → Joint1~5 / Gripper 逐关节装配
  • 能说出六关节的英文名与中文含义:shoulder_pan / shoulder_lift / elbow_flex / wrist_flex / wrist_roll / gripper
  • 能执行"先接电源、后插 USB"的正确插拔顺序与 lerobot-find-port 找口流程
  • 能用 udevadm info 核对 ID_SERIAL_SHORT 并确认四条别名已生效

02原理讲解:串口是"对讲机",供电是"两路电"课段 1 收尾 + 课段 2 · 激活旧知 · 8 min

❓ 聚焦问题(课段 1)学员装配时最常踩的两个坑:① 5V/12V 电源插反——通电即冒烟;② 电机编号设错一个——遥操作时手臂"往东施力往西动"。带着这两个故障看完全课——到课段 6 你会亲手让每条臂正确通电、编号归位。

把机械臂想成住在楼里的住户,串口(USB 串口,/dev/ttyACM*)就是住户与物业之间的对讲线:主机发角度指令、臂回传位置反馈,全走这一根线。两个要点:

1供电分两路:主臂是示范端,吃电少(5V 2A);从臂要真正举东西,吃电大(12V 8A)——插错电源轻则不工作,重则烧板
2先电后 USB:先给臂通电、再插 USB 到电脑,顺序颠倒可能导致枚举失败(第 03 章明确警告"顺序不要颠倒")
3端口会变、序列号不变:重启后 ttyACM0/2/3 顺序可能重排,但每块板的序列号(如 5B79018622)是出厂烧死的——所以找口后要写 udev 别名

再看"六关节":SO100 系列每条臂有 6 个受控自由度——底座水平旋转(shoulder_pan)、肩俯仰(shoulder_lift)、肘俯仰(elbow_flex)、腕俯仰(wrist_flex)、腕滚转(wrist_roll)、夹爪开合(gripper)。设电机编号就是告诉每个关节里的电机"你是几号",编号错一个,未来遥操作时手臂就会"往东施力往西动"。

↺ 激活旧知(课段 2)回忆 EXP-01 的三条旧知:① 串口设备挂在 /dev/ttyACM* 名下;② USB 热插拔导致端口号重排;③ udev 规则用序列号"贴标签"给出永久别名。本课把这些别名从软件层落到物理层——你得先把臂装好、通对电、设好编号,别名才有意义。

▍实物对照:机械臂摄像头(防呆口)、左电源右串口的接线规则与主机端口分配

机械臂摄像头实物:注意防呆口方向
(a) 机械臂摄像头 · 注意防呆口——装臂/插线时按防呆方向对位,反了会插不进(LZ-XL01 §3.1)
机械臂电机控制板接线特写:左侧电源线、右侧串口线
(b) 电机控制板接线特写 · 左为电源线(5V 或 12V)、右为串口线(USB)——"先通电再插 USB"顺序不可颠倒
主机背面 USB 端口标注:左手相机 / 右手相机 / 头部相机
(c) 主机背面端口分配 · 左手相机 / 右手相机 / 头部相机各占固定 USB 口——端口位置即身份,重启不变
电脑插线:摄像头线插背面、串口线经拓展坞接机箱前面
(d) 电脑插线 · 摄像头线插电脑背面按顺序;串口线经拓展坞接机箱前面,插口与顺序无要求(LZ-XL01 §4.1/§4.2)

03硬件与材料课段 3 · 示证新知 · 15 min

部件数量/规格安装要点
主臂(leader)×2 · 电源 5V 2A卡钳旋转夹紧固定桌面;接线左电源、右串口
从臂(follower)连底座×2 · 电源 12V 8A连同底座一起卡到小推车上;同样左电源、右串口
机械臂摄像头装于臂上注意防呆口方向,插反插不进
从臂摄像头装于从臂顶部按防呆口卡入
摄像头线×3 接主机插电脑背面,且必须按指导顺序插入
串口线经拓展坞接机箱前面的拓展坞,插口和顺序无要求

口诀:摄像头线要"按顺序插背面",串口线可"随便插拓展坞"——两者约束完全不同,别混。

▍实物对照:机械臂摄像头(防呆口)、主臂上桌、从臂上车、全系统组装完成态、电脑插线

机械臂摄像头实物:注意防呆口方向
(a) 机械臂摄像头 · 注意防呆口——装臂时按防呆方向对位,插反插不进(LZ-XL01 §3.1/§3.2)
主臂 C 型卡钳夹紧桌面边缘实物图
(b) 主臂上桌 · C 型卡钳旋转夹紧固定桌面边缘,5V 2A 供电
双臂+摄像头全系统组装在小推车上实物图
(c) 全系统组装完成 · 双臂 + 中柱摄像头 + 底座卡到小推车上
从臂接线特写:左侧电源线右侧串口线
(d) 从臂接线特写 · 左电源(12V 8A)、右串口——与主臂同规则
电脑插线:摄像头线插背面、串口线经拓展坞接机箱前面
(e) 电脑插线 · 摄像头线插电脑背面按顺序;串口线经拓展坞接机箱前面,插口与顺序无要求(LZ-XL01 §4.1/§4.2)

04步骤实践:跟着 9 段视频完成装配课段 5~6 · 应用新知 · 2×15 min

1主臂上桌:卡钳旋转夹紧,按"左电源右串口"接线(看主臂安装.mp4)
2从臂上车:连底座卡到小推车,接 12V 8A 电源(看从臂安装.mp4)
3设置电机编号(设置电机编号.mp4),再按 Joint1→5、Gripper 顺序逐个上臂
4摄像头装臂(防呆口)→ 三路摄像头按顺序插电脑背面 → 串口线接拓展坞
5先接臂电源、后插 USB,跑第 05 节 find-port 找口并核对别名
机械臂摄像头装臂:注意防呆口方向(LZ-XL01 §3.1/§3.2)
步骤 4·装臂 · 机械臂摄像头与从臂摄像头均要按防呆口方向对位卡入,插反/插歪会进不去或接触不良(LZ-XL01 §3.1/§3.2)
摄像头线插入电脑背面:必须按指导顺序(LZ-XL01 §4.1);串口线经拓展坞接机箱前面
步骤 4·插线 · 摄像头线插在电脑背面、按指导顺序插入;串口线通过拓展坞连到机箱前面,插口和顺序无要求(LZ-XL01 §4.1/§4.2)

① 主臂安装

第 02 章「主臂组装」演示:卡钳旋转夹紧固定桌面,左电源右串口接线(主臂电源 5V 2A)。

② 从臂安装

第 02 章「从臂组装」演示:从臂连同底座卡到小推车上,接 12V 8A 电源与串口线。

③ 设置电机编号

给每个关节电机写入编号,编号是后续校准与遥操作映射的身份依据,不可跳过。

④ Gripper 夹爪装配

第 6 关节 gripper:夹爪舵机与弹簧组件的安装、对位与试合拢。

⑤ Joint1 · shoulder_pan

底座水平旋转关节:电机落座、同步带/齿轮对位,装好后底座应能平滑左右转。

⑥ Joint2 · shoulder_lift

肩俯仰关节:大臂起落的主受力关节,注意螺丝力矩与限位对齐。

⑦ Joint3 · elbow_flex

肘俯仰关节:小臂折叠的枢纽,装配后手动掰动应无卡滞。

⑧ Joint4 · wrist_flex

腕俯仰关节:控制手腕上下摆,零件细小,注意防呆与走线不夹线。

⑨ Joint5 · wrist_roll

腕滚转关节:最后一个旋转自由度,装完接夹爪即构成完整六关节手臂。

⚠ 装配纪律每装完一个关节,先手动全程掰一遍确认无卡滞再装下一个;发现卡滞立即拆检,别等通电了才发现——那时候你已经不知道是哪个关节装偏了。

05关键命令:搜索端口与核对别名随课段 6 对照使用

# ① 顺序:先将主从臂接通电源,再把 USB 插到电脑(顺序不要颠倒!)
conda activate lerobot

# ② 搜索端口(第 03 章)——列出当前所有端口后提示拔线
lerobot-find-port
Finding all available ports for the MotorsBus.
Ports before disconnecting: ['/dev/ttyACM0', '/dev/ttyACM2', '/dev/ttyACM3', '/dev/ttyACM1', …]
Remove the USB cable from your MotorsBus and press Enter when done.

# ③ 拔掉要找的那只臂的 USB → 回车,输出即为它的端口
The port of this MotorsBus is '/dev/ttyACM0'
Reconnect the USB cable.   # 插回继续找下一条(每次重启端口号可能会变化)

# ④ 查询串口信息,核对序列号与别名(示例为右主臂)
udevadm info --query=all --name=/dev/ttyACM0
S: arm_master_right
E: ID_SERIAL_SHORT=5B79018622
E: DEVLINKS=… /dev/arm_master_right …

# ⑤ 写入/检查四条别名规则(第 03 章 5)
sudo nano /etc/udev/rules.d/99-lerobot-arms.rules
#   5B61034506→arm_master_left   5B79018622→arm_master_right
#   5B79019324→arm_slave_left     5B79018452→arm_slave_right

# ⑥ 之后所有命令直接用稳定别名
#   /dev/arm_slave_left · /dev/arm_slave_right · /dev/arm_master_left · /dev/arm_master_right
◆ find-port 口诀先通电 → 再插 USB → 运行 find-port → 拔线看差异。每次重启端口号可能变,但序列号不变——所以 find-port 找到后必须写 udev 别名固化身份,别靠记 ttyACM 编号。

06动画讲解:六关节结构爆炸图课段 4 · 示证新知 · 12 min

下方是 SO100 机械臂的可动 3D 模型:拖拽旋转视角、滚轮缩放、滑杆独立控制 6 个关节角度(J1~J5 + 夹爪),点"挥手"看预设动作演示:

� 拖拽旋转 · 滚轮缩放 · 滑杆控制各关节 · 右键平移

模型 2-1|SO100 六关节可动 3D 模型(J1 底座旋转 → J2 肩俯仰 → J3 肘俯仰 → J4 腕俯仰 → J5 腕滚转 → 夹爪开合)

07互动练习:装配顺序点击排序课段 7 · 应用新知 · 10 min

下面 8 张卡片被打乱了。按正确流程依次点击:点对亮绿、点错亮红并提示,全部排完自动通关:

装配流水线 · 按正确顺序点击步骤卡
// 待排步骤 8 / 已排 0 —— 从第 1 步开始点 提示:① 主臂上桌 → ② 编号 → ③ 摄像头装臂 → ④ 从臂上车 → ⑤ 上关节 → ⑥ 插线 → ⑦ 背面顺序插相机 → ⑧ 找口
🙋 为什么第 6 步"先电源后 USB"这么靠后还关键它是每次开机都要重复的"肌肉记忆",装机当天做错一次,就会在 find-port 阶段表现为"少一只臂"——排障成本极高,所以单独成卡。

08常见问题课段 8 · 融会贯通 · 13 min

  • find-port 找到的 ttyACM 比臂少一只:先查供电(主臂 5V 2A / 从臂 12V 8A 是否插对),再按"先断电→插 USB→再通电"顺序重插(第 03 章 1)
  • 重启后端口号对不上了:正常现象——"每次重启端口号可能会变化",靠 udev 别名而不是 ttyACM 序号识别
  • udevadm info 查不到 arm_* 别名:规则文件没重载,或该臂序列号抄错一位
  • 摄像头线插了没画面:摄像头必须插电脑背面且按指导顺序插入;串口线才走拓展坞(第 02 章 4)
  • 某个关节方向装反/卡死:对照对应 Joint 视频重装,编号与机械限位一次对齐,别带病进 EXP-03
  • GPIO/串口权限报错:见 EXP-01 已加入 dialout 组;本课临时排查可用 sudo chmod 666 /dev/ttyACM*
💡 排障顺序先看灯与电源(硬件通电没)→ 再看线(左电源右串口对吗)→ 最后看软件(find-port 输出)。八成问题出在前两步。

09拓展挑战课段 8 · 融会贯通

🚀 挑战一:做一张"序列号—别名—插口"三联台账四条臂逐一 udevadm info 核对,把 ID_SERIAL_SHORT、SYMLINK 别名、实际插的拓展坞口位记成表;下次换机复现只看这张表。
🚀 挑战二:盲装一个关节在不看视频的情况下装配一个关节(如 Joint3),再回放视频核对螺丝顺序与走线,记录差异点——差异清单就是你的技能盲区清单。

10思考题课段 8 · 融会贯通

📝 思考题 1指导文档强调"先接通电源,再插 USB,顺序不要颠倒,可能导致连接失败"。结合 USB 枚举与供电时序,推演反着插时主机可能看到什么现象?你会用哪条命令验证猜测?
📝 思考题 2如果"设置电机编号"时把 Joint2 和 Joint3 的编号写反了,到 EXP-03 校准或 EXP-04 遥操作阶段会分别出现什么症状?为什么越早发现代价越小?