Atom S 快速开始（10 自由度双足机器人）

1. 产品简介

1.1 项目定位

项目名称：Fashion Star Atom S 10-DOF Open Source Robot Kit

Atom S 是一款完全开源的 10 自由度（DOF）人形机器人套件，面向机器人开发者、创客及教育机构，提供一个低成本、高扩展性的硬件平台。整机采用 10 颗 Fashion Star RA8-U25H-M 总线伺服舵机作为核心动力系统，并配合高度集成的电子架构，为后续的二次开发、动作设计和功能扩展预留了充足空间。

1.2 核心特性

自由度配置：整机 10 DOF，覆盖头部、手臂及腿部关节。
关节执行器：Fashion Star RA8-U25H-M 总线伺服舵机 × 10，支持总线通讯，布线简洁。
结构与外观：采用全 3D 打印结构，官方开源 STP / STL 模型文件，便于部件替换、结构强化与外观再设计。
Web 可视化动作编辑器：提供免安装网页端控制平台，支持实时舵机调试与示教模式编程。动作组可导出为标准 .json 文件，便于 Arduino、STM32、树莓派等主控平台解析与集成。
开箱即用：标配 Seeed Studio XIAO ESP32S3 与 Grove 扩展板，出厂已预置完整控制固件，完成组装后可直接通过 Web 端遥控进行快速验证。
生态扩展能力：借助 Seeed Studio XIAO 扩展板上的 Grove 接口，可快速接入视觉、环境感知等 Grove 生态传感器与控制模块。
跨平台兼容性设计：标配 RUC-01 驱动转接板，提供 5V / 3.3V 稳压输出与通用 UART 通讯接口，方便外接 Raspberry Pi、STM32、Arduino、ESP32 或 PC 平台。

1.3 规格参数

项目	参数
自由度（DOF）	10
机身	3D 打印，结构数据开源
舵机	标配 RA8-U25H-M 总线伺服舵机；孔位兼容，支持升级至 RP8-U45H-M / RX8-U40H-M
舵机电源接口板	RUC-01（提供 4 路总线接口、5V / 3.3V 逻辑供电、UART / Grove 通讯接口）
标配主控	Seeed Studio XIAO ESP32S3 + Seeed Studio XIAO 扩展板
通讯协议	异步串行通讯（UART）
兼容控制器	Raspberry Pi、STM32、Arduino、ESP32、PC（需配套 USB 转 TTL 模块）
尺寸	154 × 105 × 283 mm

2. 开箱即用（快速上手指南）

Tip

Atom S 出厂时已烧录基础控制程序并完成初始装配。只要准备好电源和一台智能手机，即可快速体验机器人的动作与遥控功能。

2.1 硬件供电准备

由于物流限制，套件出厂默认不含电池。开始体验前，请准备一块兼容电池，并接入机器人背部电源接口：

电池规格：3S 12.6V 航模锂电池
电池接口类型：T 插（T-Plug）
上电确认：接通电源后，主控板（XIAO ESP32S3）上的指示灯会亮起，表示系统已启动

2.2 Web 端遥控器连接

请使用智能手机或具备蓝牙功能的 PC 终端开启蓝牙，并根据操作系统选择合适的浏览器。由于 Web 遥控依赖底层 Web Bluetooth API，浏览器兼容性非常关键：

PC 端（Windows / macOS）：请使用 Google Chrome 或 Microsoft Edge
Android 端：请使用 Google Chrome，不要使用系统自带浏览器或微信扫码打开
iOS 端：Safari、Chrome 和 Edge 均不支持网页蓝牙功能，请前往 App Store 下载支持 WebBLE 协议的第三方浏览器，例如 Bluefy
访问地址：https://wiki.fashionrobo.com/ps2v2/

2.3 蓝牙配对与初始化

打开 Web 遥控页面后，点击界面上方的 SYSTEM LINK 按钮。
在弹出的蓝牙设备列表中，选择名为 ESP32_Pro_Remote 的设备并点击配对。

配对成功后，网页会显示“已连接状态”。
此时机器人会自动执行一次“鞠躬”动作，并恢复到默认站立姿态，说明系统已经准备就绪。

2.4 开始你的第一次“连续动作”示教

通过 Web 虚拟手柄，即使不编写代码，也可以快速教机器人完成一段连续动作：

环境准备：点击左上角的 HOME 键，确保机器人处于标准初始站立姿态。
解锁关节：点击左上角的 RELAX 键，使机器人进入阻尼模式。此时所有伺服舵机卸力，可以手动摆动各个关节。
记录第一帧姿态：手动摆好第一个姿态后，点击方向键 左 ◀，记录当前姿势。
记录后续动作帧：继续改变机器人姿态，再次点击 左 ◀。重复该操作，即可记录一连串动作帧，默认最高支持记录 100 帧。
连续播放动作序列：全部姿态记录完成后，点击方向键 右 ▶，机器人会平滑回放刚才记录的所有动作。
调整运行速度：如果回放过快或过慢，可点击 上 ▲（加速）或 下 ▼（减速）调整动作速度。
一键演示：点击右侧 方形键 □，可直接播放出厂内置的默认演示动作。

Tip

如果你已经完成快速体验，并希望进一步导出动作 JSON、修改主控逻辑或接入其他控制器，请继续阅读后续章节。

3. 硬件架构与机械结构

3.1 驱动与电源管理（RUC-01 接口板）

RUC-01 接口板是整机的动力枢纽，负责总线通信管理与电源分配：

舵机通讯：板载 4 路总线舵机接口，支持串联扩展，负责总线伺服舵机的信号与供电。
PC 调试接口：集成 USB Type-C 接口，可直接连接 PC 上位机进行动作组编辑与调试。
系统供电：负责电压转换，并为主控板提供稳定的电源输入。
通讯接口：提供标准 UART 串口，用于接收上层主控板的控制指令。

3.2 逻辑主控与扩展（MCU + Grove Shield）

主控与扩展部分是机器人的“大脑”，负责运行控制算法与传感器数据处理：

核心主控：采用 Seeed Studio XIAO 系列开发板，体积小巧，性能强大。
生态扩展：配套 Grove 接口扩展板，引出丰富的通用接口。
主要功能：运行机器人运动学程序，并通过 Grove 接口无缝连接各类传感器，实现更多交互功能。

3.3 通用通讯接口说明（跨平台开发必看）

虽然套件默认采用 XIAO ESP32S3 作为主控，但 RUC-01 接口板对所有外部控制器都是开放的。主控与 RUC-01 之间仅需 4 根线，即可完成基础通信：

5V / 3.3V：RUC-01 可向主控反向提供稳定电源
GND：共地端
RX / TX：标准异步串行通讯（UART），用于收发控制指令与读取舵机反馈

3.4 数据流向说明

调试 / 编辑模式（Debug Mode）

PC --(USB)--> RUC-01 --(总线)--> 舵机

说明：通过电脑端软件直接调节舵机角度并保存动作组，不经过主控板。

自主运行模式（Autonomous Mode）

Web 遥控端 / 传感器 --(信号)--> ESP32 / 树莓派 / STM32 等主控
                       --(UART 指令)--> RUC-01 --(总线)--> 舵机

说明：主控根据传感器反馈或预存代码，自主控制机器人行动。

编号	接口说明	编号	接口说明
①	整机电源开关	⑤	转接板通讯 UART / Grove 接口（连接主控 ⑧）
②	电源输入接口	⑥	主控 ESP32S3 Type-C 数据接口（程序下载）
③	舵机接口 × 4	⑦	Seeed XIAO ESP32S3 主控板
④	Type-C 数据接口（舵机调试，连接 PC）	⑧	主控板通讯 UART / Grove 接口（连接 RUC-01 接口板 ⑤）

Warning

RUC-01 接口板 ④ 号 Type-C 接口附近的拨动开关，以及图示左侧的两个 Type-C 接口均为预留或作他用，本项目中无需使用，请避免误操作。

3.5 机械结构与关节寻址

为确保底层代码能够准确驱动对应的物理关节，系统对全身 10 个自由度进行了明确的 ID 寻址与零位姿态标定。

结构分布与舵机 ID 映射

整机 10 颗伺服舵机共享同一条控制总线，因此每颗舵机都拥有唯一的数字 ID（0~9）。

Tip

后续在使用动作编辑器或编写 JSON 动作数据时，数据中的 id 字段必须与下图中的物理关节位置严格一一对应，否则会导致动作错乱。

标定零度姿态

零度姿态是机器人运动学解算的基础基准位。当主控下发全机 0 度指令，或用户点击 Web 控制台的 HOME 复位键时，机器人应呈现下图所示的标定站立姿态。

Tip

受 3D 打印件装配公差影响，整机装配后可能存在轻微姿态偏斜。请在确认零度姿态后，前往底层源码中的 ROBOT_RESET_POSITION_0 ~ 9 参数区进行软件级微调补偿。

4. 自定义动作开发核心工作流（Web 动作编辑器）

Note

动作编辑器的详细操作步骤，请参阅单独发布的《动作编辑器独立说明文档》：点击查看 Robot Studio 使用手册

Web 版动作编辑器在线地址：https://wiki.fashionrobo.com/uartbasic/robotstudiopro/

为了让开发者更清楚地理解“如何让机器人执行自定义动作”，整套工作流可以概括为以下三个阶段：

4.1 姿态设计与数据导出（Web 动作编辑器）

连接与读取：通过 PC 浏览器连接 RUC-01 接口板，实时读取机器人舵机状态。
解锁与示教：将舵机一键卸力进入阻尼模式，手动摆动机器人并记录每一帧姿态。
编排与微调：调整各关键帧之间的执行时间与间隔，并在软件端实时回放以优化动作连贯性。
导出 JSON：确认动作无误后，将整套动作组导出为标准 .json 文件。

4.2 数据集成与固件烧录（ESP32 主控端）

打开源码：在 Arduino IDE 中打开配套的 ESP32 主控工程源码。
替换代码：将导出的 .json 数据完整复制，替换 Robot.ino 文件中原有的 jsonData 变量内容。
编译烧录：重新编译工程，并将更新后的固件烧录至 ESP32S3 主控板中。

4.3 无线遥控与触发运行（Web 遥控终端）

无线连接：打开手机 Web 端遥控器 https://wiki.fashionrobo.com/ps2v2/ 并与机器人配对。
一键触发：点击界面上的 方形键 □（指令 0x10），机器人即可脱离数据线，自主且连贯地执行刚刚设计的动作序列。

5. 标配主控固件烧录指南（基于 Seeed Studio XIAO ESP32S3）

Tip

本节仅适用于标配 XIAO ESP32S3 主控环境。若你的项目使用 STM32 或 Raspberry Pi，请直接参考附录中的多平台 Fashionstar 舵机控制 SDK。

5.1 开发环境搭建（Arduino IDE）

前往 Arduino 官网下载并安装最新版 Arduino IDE，推荐使用 Arduino IDE 2.x 版本。

5.2 导入 ESP32 硬件支持包

请先打开 Arduino IDE 的首选项设置：

Windows：File > Preferences
macOS：Arduino IDE > Settings... 或 Preferences...

在“附加开发板管理器网址（Additional Boards Manager URLs）”中填入以下链接：

https://raw.githubusercontent.com/espressif/arduino-esp32/gh-pages/package_esp32_index.json

5.3 部署 ESP32 编译环境（严格版本要求）

打开 Tools > Board > Boards Manager
搜索 esp32
找到由 Espressif Systems 提供的安装包
手动指定安装 3.3.5 版本

Warning

请不要直接安装最新版本。当前工程依赖的蓝牙与总线驱动组合要求使用 3.3.5 版本，否则可能导致蓝牙或总线通讯编译失败，或运行异常。

5.4 安装功能依赖库（ArduinoJson 与 ArduinoBLE）

系统依赖以下第三方库实现 JSON 解析与蓝牙服务：

ArduinoJson
ArduinoBLE

安装方法：

打开 Sketch > Include Library > Manage Libraries...
搜索并安装 ArduinoJson
搜索并安装 ArduinoBLE

5.5 部署 Fashion Star Servo 核心驱动 SDK

为保证底层驱动正常调用，需要手动安装官方 SDK：

从配套资料包中找到 fashionstar-uart-servo-arduino-sdk-V2.rar
解压缩该文件
将整个 SDK 文件夹复制到 Arduino 默认库目录下

默认库路径：

Windows：C:\Users\用户名\Documents\Arduino\libraries
macOS：~/Documents/Arduino/libraries

复制完成后，请彻底关闭并重新打开 Arduino IDE，使其重新加载本地库。

5.6 选择开发板与编译烧录

使用 Type-C 数据线将 XIAO ESP32S3 连接到电脑
打开 Tools > Board > esp32，选择 XIAO_ESP32S3
打开 Tools > Port，选择主控板对应端口

端口命名通常表现为：

Windows：COM3、COM5 等
macOS：/dev/cu.usbmodem... 或 /dev/cu.usbserial...

最后在 Arduino IDE 中打开项目源码（.ino），点击左上角 Upload 按钮，等待控制台显示“上传成功”即可。

6. 底层控制参数配置规范（基于标配主控 Seeed Studio XIAO ESP32S3）

在 Arduino IDE 中打开工程源码后，可按实际项目需求修改以下宏定义与常量。请确认参数所在文件，避免误改。

6.1 基础硬件参数（位于 `Control.h`）

BAUDRATE：主控与 RUC-01 通讯的串口波特率
SERVO_NUM：机器人舵机总数量

/* 用户可修改机器人数据区域 */
/* define */
#define BAUDRATE                            115200  /* 波特率 */
#define SERVO_NUM                           10      /* 舵机的总个数 */

6.2 UART 物理引脚重映射（位于 `Robot.ino`）

TX_PIN / RX_PIN：ESP32S3 与 RUC-01 转接板通讯所使用的串口引脚

/* 串口1--GPIO D6=GPIO43 D7=GPIO44 */
#define TX_PIN 43
#define RX_PIN 44

6.3 Web 遥控蓝牙通讯参数（位于 `Robot.ino` 与 `Control.h`）

BLE_NAME：蓝牙广播名称
SERVICE_UUID / CHARACTERISTIC_UUID：Web 端遥控器与主控建立通讯所依赖的服务 UUID 与特征 UUID

/* 设置蓝牙名称 */
BLE.setLocalName("ESP32_Pro_Remote");

/* ESP32的服务UUID以及特征UUID */
#define SERVICE_UUID        "4fafc201-1fb5-459e-8fcc-c5c9c331914b"
#define CHARACTERISTIC_UUID "beb5483e-36e1-4688-b7f5-ea07361b26a8"

6.4 示教模式参数说明（位于 `Control.h`）

MAX_ACTIONNUM：示教模式允许记录的最大动作帧数量
Default_RobotRunSpeed_Demonstration：默认运行速度
MIN / MAX_RobotRunSpeed_Demonstration：速度调节上下限
Adjust_RobotRunSpeed_Step：每次加减速度的步进值

#define MAX_ACTIONNUM                       100     /* 最大示教动作组数量 */
#define Default_RobotRunSpeed_Demonstration 1000    /* “默认”的示教运行速度 */
#define MIN_RobotRunSpeed_Demonstration     5000    /* “最慢”的示教运行速度 */
#define MAX_RobotRunSpeed_Demonstration     500     /* “最快”的示教运行速度 */
#define Adjust_RobotRunSpeed_Step           200     /* 调节示教运行速度的步进值 */

6.5 按键数据及命令宏定义说明（位于 `Control.h`）

无线遥控通讯中，Web 遥控端会将按键状态打包为两个独立变量发送：

btn_Main：主操作区按键
btn_border：系统控制区按键

因此，部分十六进制指令可能在不同区域重复出现，但它们对应不同变量，不会冲突。

/* 蓝牙遥控器命令--根据不同的命令自行更改功能需求--用户根据实际情况进行更改 */
/* 以下指令对应 btn_Main (映射图中的红色十六进制标注) */
#define RemoteControl_DefaultDemoAction     0x10    /* 默认演示动作指令 (方形键) */
#define RemoteControl_Exe                   0x08    /* 示教模式执行指令 (方向键 右) */
#define RemoteControl_Record                0x04    /* 记录动作帧指令 (方向键 左) */
#define RemoteControl_ReduceRunSpeed        0x02    /* 减少示教运行速度 (方向键 下) */
#define RemoteControl_AddRunSpeed           0x01    /* 增加示教运行速度 (方向键 上) */

/* 以下指令对应 btn_border (映射图中的黄色十六进制标注) */
#define RemoteControl_Damping               0x04    /* 阻尼/卸力模式指令 (RELAX 键) */
#define RemoteControl_Reset                 0x08    /* 机器人复位指令 (HOME 键) */

6.6 动作组数据挂载区（位于 `Robot.ino`）

将动作编辑器导出的 .json 数据复制到 jsonData 变量中，注意保留 R"( 和 )";：

/* 默认表演动作 */
const char* jsonData = R"(
[
    // 请将动作编辑器导出的JSON数据完整覆盖粘贴到这里
    {"angles":[{"id":0,"angle":0},{"id":1,"angle":0} ... ],"time":2000,"delay":500}
]
)";

6.7 JSON 缓存分配大小（位于 `Control.cpp`）

如果动作序列过长，可能会导致运行时内存不足或 JSON 解析失败。此时可适当增大 DynamicJsonDocument 容量：

/* 创建JSON文档对象，分配足够的空间 */
DynamicJsonDocument doc(4096);

必要时可根据动作复杂度调大至 8192 或更高。

6.8 机器人复位角度参数及零点补偿说明（位于 `Control.h`）

ROBOT_RESET_POSITION_0 ~ 9：分别对应 0 号至 9 号舵机的零位初始角度

Tip

由于机械装配公差，每台机器人的绝对零位可能略有偏差。建议在机器人站立姿态验证后，对这些参数进行微调补偿。

/* 机器人复位角度设置--用户根据实际情况进行更改 */
constexpr float ROBOT_RESET_POSITION_0 = 0;
constexpr float ROBOT_RESET_POSITION_1 = 0;
constexpr float ROBOT_RESET_POSITION_2 = 0;
constexpr float ROBOT_RESET_POSITION_3 = 0;
constexpr float ROBOT_RESET_POSITION_4 = 0;
constexpr float ROBOT_RESET_POSITION_5 = 0;
constexpr float ROBOT_RESET_POSITION_6 = 90;
constexpr float ROBOT_RESET_POSITION_7 = 0;
constexpr float ROBOT_RESET_POSITION_8 = -90;
constexpr float ROBOT_RESET_POSITION_9 = 0;

7. Web 端遥控终端功能字典与底层映射

Tip

关于浏览器兼容性和蓝牙配对基础步骤，请先参考本文档第 2 章。本章主要用于说明控制界面中的按键布局与底层十六进制映射关系，方便后续二次开发。

7.1 系统控制区（对应代码变量：`btn_border`）

该区域主要位于界面顶部和两侧边缘，用于控制机器人的全局状态：

HOME（0x08）：中断当前动作，使机器人恢复到默认标定站姿，并清空当前内存中的示教数据
RELAX（0x04）：进入阻尼 / 卸力模式，释放全部舵机锁止力矩，便于手动示教
其他黄色标注按键：如 L1、L2、R1、R2、L3、R3 等，在当前出厂 Demo 中默认未分配动作，可由开发者自行扩展

7.2 主操作区（对应代码变量：`btn_Main`）

主操作区包含方向键与右侧功能键，主要负责动作编排与执行：

方向键左 ◀（0x04）：记录当前动作帧
方向键右 ▶（0x08）：回放当前记录的动作序列
方向键上 ▲（0x01）：增加运行速度
方向键下 ▼（0x02）：降低运行速度
方形键 □（0x10）：执行主控 Flash 中预存的 jsonData 默认动作
其他红色标注按键：如 △、○、× 等，在当前固件中默认未定义，可在底层代码中自行映射

8. 常见工程故障排查

8.1 固件烧录无响应 / 假死状态

现象：Arduino IDE 提示 A fatal error occurred: Failed to connect，或上传过程中卡死
修复方法：
保持 USB 数据线连接
长按开发板上的 BOOT 键
点击 IDE 中的上传按钮
当控制台出现 Connecting... 或开始显示传输进度时，释放 BOOT 键

8.2 Web 终端无法枚举蓝牙设备

现象：点击“寻找设备”后，蓝牙设备列表为空
排查方向：
检查是否使用支持 Web Bluetooth API 的浏览器
Windows 用户确认系统版本不低于 Win10（1703+）
macOS 用户检查系统“隐私与安全性”设置，确认浏览器蓝牙权限已放行

8.3 关节无力 / 无法锁止

现象：固件运行正常，通讯也已建立，但机器人无法有效支撑负载
排查方向：
检查 3S 电池电量与放电能力是否充足
检查总线排线是否存在虚接、反接
若更换过舵机，确认全机 10 个舵机的 ID（0~9）是否与工程定义一致，避免 ID 冲突

附录与开发资源

Fashionstar 官方技术 Wiki：https://wiki.fashionstar.com.hk
Web 动作编辑器使用说明：Robot Studio 使用手册
Web 端蓝牙遥控说明：蓝牙遥控器使用说明
提供 STM32 / Python / ROS / C++ / Arduino 等多平台舵机控制 SDK