Microduck「机器鸭」一比一复刻手册
9825 cm 双足开源机器人：硬件组成盘点 + 电气架构与内部通讯 + 软件算法与技术栈。「已确认」信息出自官方/开源仓库，「推断/待定」已单独标注。
99本手册三大章节（点击卡片跳转）
110复刻行动指南（三步）
121| 步骤 | 内容 | 关键动作 |
|---|---|---|
| 第1步 先软后硬 | 在仿真里把"会走路"跑通 | git clone microduck_rl → uv sync（需 CUDA 或 --hf-jobs）→ uv run train Mjlab-Velocity-Flat-MicroDuck --env.scene.num-envs 4096 → 导出 ONNX → MuJoCo 验证 |
| 第2步 机载移植 | 把 runtime 跑到任意 RK3566 板 | Radxa Zero 3W 烧 Armbian → 修 overlay（/dev/ttyS2）→ 装 ONNX Runtime / librknnrt / GStreamer 插件 → provision（Wi-Fi/身份/键）→ 手柄接入 |
| 第3步 硬件逆向组装 | 按 BOM 采购 + 自研桥接板 | 15×XL330（按 id 段接线）→ imu_to_dxl 桥接板（IMU 上总线 id=200）→ ToF/音频 HAT（I²C）→ 相机（MIPI）→ NP-F550 → 壳体组装 → 总线校验 |
复刻成本快照：软件零成本（开源）；硬件 DIY 单套件估算 $560~620（其中 15 舵机约 $360~420 占大头）；官方整机 $399（量产摊薄）。预算敏感可先买整机做软件开发，再逐步逆向硬件。
资料来源
132-
133
- 官方发布博客 Meet Microduck · Press kit/Spec · 商店 134
- 机载运行时仓库 github.com/pollen-robotics/microduck（Rust，Apache-2.0，含 docs/design 设计文档） 135
- 训练流水线仓库 github.com/pollen-robotics/microduck_rl 136
- Progressive Robot 深度拆解 · 链接 137
- MarkTechPost 规格解读 · 链接 138
- 36氪《具身智能的寒武纪爆发，是由一只鸭子开始的》 · 链接 139
- 价格参考：ROBOTIS 官方 XL330-M288-T（KR $23.90 / US $27.49）、Radxa Zero 3W（ALLNET $18）、VL53L8CX（DigiKey / Pololu）、BMI270（DigiKey）、NP-F550/NFC（电商行情） 140
1硬件组成盘点
147"感知—决策—执行"三件套齐备：主控 RK3566（0.8TOPS NPU）+ 15× Dynamixel XL330 总线舵机 + 广角摄像头 / 8×8 ToF / 双 IMU / 麦克风 + 双 NFC 天线与 Wi-Fi/蓝牙。整机 $399；DIY 单件约 $560~620。
148 1491.1 硬件组成简图
1501.2 实物标注图（官方原型机·逐部件指明）
198基于 Pollen Robotics 官方宣传图（第一只浅蓝/橙色原型机放大），用彩色箭头直接指向每个硬件模块的实际位置，左右引线标注型号与总线 id。
199
201 1.3 硬件爆炸图（官方信息图·26部件全标注）
208Microduck 官方模块化爆炸图，26 个部件逐层展开并编号标注，含规格参数、动作展示、尺寸图、颜色版本与内部结构。
209
211 1.4 硬件明细 BOM 表（含市面参考价）
215价格 2026-08 市场零售参考；量产整机 $399 依赖批量采购与定制。
216| 模块 | 型号 / 规格 | 数量 | 单价参考 | 小计参考 | 依据 |
|---|---|---|---|---|---|
| 主控 SoC | RK3566：4×Cortex-A55 @1.8GHz · Mali-G52 · 0.8TOPS NPU · 1GB RAM · 32GB eMMC | 1 | — | — | 已确认 |
| 开发板 | Radxa Zero 3W（RK3566 SBC，板载 Wi-Fi6+BLE5.x，1GB/2GB/4GB 档） | 1 | $18~45 | $30 | 已确认板型号推断 |
| 伺服电机 | Dynamixel XL330 系列（M288-T：5V/0.52Nm/TTL） | 15 | $23.9~27.5 | $360~420 | 已确认训练模型即 XL330 |
| 深度传感器 | ST VL53L5/8CX 8×8 ToF（~400cm，I²C） | 1 | $9~25 | $15 | 已确认 |
| IMU | BMI270（6轴，片上 SFLP 四元数）或同级 | 2 | $2~4 | $6 | 推断 |
| 摄像头 | 广角前置（MIPI-CSI）+ REC 灯；分辨率/FOV 未定稿 | 1 | $10~20 | $15 | 已确认型号推断 |
| 电池 | NP-F550 2600mAh / 7.4V（8.2V 满 / 6.6V 关机） | 1 | $10~25 | $18 | 已确认 |
| NFC | 13.56MHz 读卡（PN532 类）+ 头/嘴 2 天线 | 1+2 | $3~15 | $10 | 双天线型号推断 |
| 音频 | 麦克风 + 扬声器 + 音频 Codec（I²C，与 ToF 共享总线） | 1套 | $8~15 | $10 | 已确认 |
| 桥接板/HAT | imu_to_dxl v2（IMU 上总线 id=200）+ ToF/音频 HAT | 1+1 | $10~20 | $15 | 已确认自研 |
| 结构件/外壳 | 3D 打印壳体（4 色）+ 五金 | 1套 | $30~50 | $40 | 推断无官方 CAD |
| PCB/线束 | 定制电源/传感器 PCB、Dynamixel 总线线束 | 1套 | $20~35 | $25 | 推断 |
| 手柄 | 蓝牙/USB 手柄（开箱可遥控行走） | 1 | $10~20 | $15 | 随整机附赠 |
| DIY 单套件合计（估算） | ≈ $560~620 | 整机 $399（量产价） | |||
1.3 关节与自由度分配
238| RL 索引 | 部位 | 关节名称 | 总线 ID 段 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 0–4 | 左腿（5） | hip_yaw · hip_roll · hip_pitch · knee · ankle | 20–24 | 5 个 XL330 |
| 5–8 | 颈/头（4） | neck_pitch · head_pitch · head_yaw · head_roll | 30–33 | 与嘴部同段 |
| 9–13 | 右腿（5） | hip_yaw · hip_roll · hip_pitch · knee · ankle | 10–14 | 5 个 XL330 |
| —(第15个) | 嘴/夹爪（1） | mouth（1-DOF 开合夹爪） | 34 | 不参与 RL（动作维度=14） |
RL 输出 actions[1,14] 映射回 15 个电机槽（嘴部置 0）；观测 obs[1,61]（48 本体感受 + 13 指令）。
2电子电气架构与内部通讯方式
253一条 Dynamixel 总线承载 15 舵机 + 1 IMU 桥接板；I²C 承载 ToF 与音频 Codec；MIPI-CSI 进摄像头并由 VPU 硬编；进程间 JSON-RPC over Unix Socket；对外 BLE / WebRTC / WebSocket 三入口。设计原则：控制环绝不等待任何客户端。
254 2552.1 电气架构总图
2562.2 一条 Dynamixel 总线（核心设计）
320· 拓扑：15 舵机 + imu_to_dxl v2 板（IMU#1，id=200）共享 /dev/ttyS2 @1Mbps、Dynamixel 协议 v2 半双工单线；无第二总线。
· 每 tick 两次事务（50Hz）：sync_read 寄存器 124–136（PWM/电流/速度/位置）+ IMU；sync_write 目标位置；每秒一次 144–146（电压 + 每关节温度）。IMU 与舵机同事务读取（共用一个寄存器块）。
· 舵机启动配置：return_delay_time=0（默认 250 时 16 设备每 tick 多 ~8ms）、baud_rate=3、pwm_slope=255、shutdown=52；位置 P 增益写入、I/D 置 0。
· 电池电压：由舵机供电电压折算（无电量计）；满电 ~8.2V、关机 6.6V（10s EMA 平滑）；空电自动坐下并关机。
3252.3 传感器 / 外设总线
328| 外设 | 接口 | 频率/特性 | 进程 |
|---|---|---|---|
| ToF（VL53L5/8CX 8×8） | I²C（HAT，与音频共享） | 15Hz 深度矩阵；上电传 ~90KB 固件 | tofd |
| IMU#1（躯干） | Dynamixel 总线（id=200） | 随 50Hz 控制环；SFLP 片上四元数 | robotd |
| IMU#2（头部） | 未公开 | 头部/视觉姿态参考 | — |
| 摄像头 | MIPI-CSI | VPU H.264 硬编（mpph264enc→webrtcsink）+ rkaiq 3A；帧流不跨 socket | mediad |
| 音频 | I²C(Codec) + I²S | pet-detect 40 频带 log-mel 声音 CNN；每机独立音色 | mediad / robotd |
| NFC（双天线） | 13.56MHz | NFC 标签触发行为（多鸭合唱/足球等） | mediad / robotd |
2.4 进程间通讯（控制面）
341· 协议：JSON-RPC 2.0 + NDJSON + Unix Socket（每服务一个 /run/<svc>.sock，0660 + SO_PEERCRED 鉴权）；tokio 异步 + 全程超时；订阅=连接上的通知流。
· 为什么不用 HTTP/WS/D-Bus/gRPC：Unix socket 自带文件系统权限、杜绝误绑 0.0.0.0；serde JSON 类型可跨 BLE/WebRTC 复用。
344· 数据面："特征而非帧"——robotd 只消费 mediad 算好的特征；视频/音频帧只在 WebRTC 内（DTLS-SRTP 加密）。
3452.5 对外无线三入口
348| 入口 | 通道 | 承载 | 说明 |
|---|---|---|---|
| BLE | GATT（btd） | 配网/状态/OTA 的 API 子集 | 物理在场+配对；不承载视频 |
| WebRTC | mediad 的 PeerConnection | 音视频轨 + control(可靠) / teleop(不可靠) 双 DataChannel | 遥操作/远程；<200ms 端到端目标 |
| WebSocket | mediad（agent 通道） | get_frame(JPEG) + 意图 JSON-RPC | LLM/Agent 接入，几十行即可 |
| 手柄 | USB/BLE HID（padd/gilrs） | vx/vy/vyaw、头姿态、技能触发 | 非特权客户端，只发意图 |
安全机制：意图 Deadman（指令停流→速度归零→原地站立）；safety 层独占 RobotIo 写句柄（借用检查器强制）；非有限值拒绝 + 行程钳位；跌倒检测（投影重力，200ms 去抖）只报告不拦截，恢复由专属策略序列接管；更新时移动中 safeToRestart=false 防摔。
3软件算法与技术栈
363软件栈完全开源（Apache-2.0）：microduck（机载 Rust 运行时）+ microduck_rl（训练流水线）。所有出厂行为都是 MuJoCo 仿真中 PPO 训练、域随机化 sim-to-real、导出 ONNX 部署的神经策略，50Hz 实时推理。
3.1 软件总体架构（7 个 Rust 守护进程）
366| 进程 | 职责 | 关键点 |
|---|---|---|
robotd | 50Hz 控制环 + 总线 + 策略推理 + 安全层 + 健康上报 | 唯一能触达电机总线的进程 |
mediad | 摄像头/麦克风、H.264 编码、WebRTC 网关、远程前端 | 感知崩溃不拖垮运动控制 |
tofd | 8×8 ToF 深度矩阵（15Hz） | 只发布不读取 |
padd | 手柄→意图 | 非特权客户端 |
btd | BLE GATT 传输适配 | 不持有任何状态 |
configd | Wi-Fi/身份/PIN/手柄配对 | robotd 挂了也要能用（恢复路径） |
updaterd | OTA：验签→原子切换→健康门→回滚 | minisign + zstd+tar + 引导计数 |
可靠性：configd/updaterd/btd 与 robotd 无 systemd 依赖；发布目录整体原子切换（releases/<ver>/→current）；更新后健康门，不健康自动回滚；控制环 tick 用 MissedTickBehavior::Skip 保持周期稳定。
3.2 运动控制算法（50Hz 闭环）
381| 项 | 值 / 说明 |
|---|---|
| 控制频率 | 50Hz（实测 50.0Hz / 15022 tick 丢 3） |
| 观测空间 | obs[1,61]：gyro(3)+projected_gravity(3)+joint_pos(14)+joint_vel(14)+last_action(14)+command(13) |
| 指令块(13) | twist vx,vy,vyaw(3) + 头 neck/head pitch,yaw,roll(4) + body x,y,z,roll,pitch,yaw(6) |
| 动作空间 | actions[1,14] → 映射 15 电机槽（嘴部排除） |
| 策略切换 | 共享 61 维观测契约 → 13 个任务策略运行中热切换 |
| 推理引擎 | ONNX Runtime（ort dlopen）；加载时校验维度；启动预热 |
| 输出处理 | home pose + action_scale×action → 头/腿一阶低通 → safety 钳位 → sync_write |
| 安全 | 非有限值拒绝、行程钳位、意图 deadman、跌倒去抖 200ms、limp_fall 序列接管恢复 |
| 里程计 | 足底接触式前向运动学 + IMU yaw 积分；无磁力计（相对里程） |
3.3 训练流水线（sim-to-real）
397--hf-jobs 免 GPU 训练）· 执行器模型：Rhoban BAM M6（XL330 电压控制律 + 反电动势 + Coulomb/Stribeck/负载摩擦），非理想 PD——保真度是 sim2real 差距主源。
418· 域随机化：电池电压、负载压降、指令延迟、摩擦；±1° 齿轮回差变体（14 关节各串 passive 回差铰，观测透过回差读）。
419· 命令：uv run train Mjlab-Velocity-Flat-MicroDuck --env.scene.num-envs 4096 → uv run scripts/export.py → 部署。
· 出厂 7 行为 + 共 13 任务（速度跟踪/站立/坐起/地面捡拾/踢 70mm·15g 球/前滚翻/5 种轮滑），全部公开、可再训练、可热切换。
4213.4 感知与其它算法
424| 算法 | 实现 | 算力位置 |
|---|---|---|
| 鸭/物体检测 | YOLO11n @320×320，INT8 .rknn（3.9MB），mAP50 0.976 | RK3566 NPU（0.8TOPS，RKNN dlopen）；p50 25.7ms / p95 58.4ms |
| 声音事件检测 | ~20KB CNN 于 40 频带 log-mel（板载麦克风） | CPU 独立 worker（pet-detect） |
| 音频身份/语音 | 每机唯一音色（synthesis）；合唱由 id 最低鸭指挥 | robotd sound.rs / aplay |
| 里程计 | 足底接触 FK + IMU yaw 积分 | robotd 每 tick |
| ToF 特雷门琴 | 深度→音符/嘴部张合（15Hz） | robotd theremin.rs |
3.5 技术栈明细
436| 层级 | 技术 / 库 |
|---|---|
| OS / 板级 | Armbian Linux（RK3566，overlay 修正）→ NetworkManager；systemd；ONNX Runtime / librknnrt / GStreamer 插件（mpph264enc、webrtcsink、rkaiq） |
| 机载语言 | Rust（无框架，单 workspace；serde + tokio + tracing + gilrs + bluer + rustypot + ort） |
| IPC | JSON-RPC 2.0 / NDJSON / Unix Socket；tokio_util LinesCodec；共享契约 duck-ipc-proto |
| 运动学/里程计 | kinematics（MJCF 前向运动学）、odometry crate |
| 训练框架 | Python：mjlab（MuJoCo Warp + rsl_rl）· PPO · BAM · 域随机化 · onshape-to-robot · HF Jobs/Space |
| 媒体 | libcamera + rkaiq 3A · GStreamer webrtcbin · VPU MPP H.264 · WebRTC（aiortc 可选） |
| 无线 | BlueZ（bluer）BLE GATT · Wi-Fi6 · NFC 13.56MHz |
| OTA/安全 | minisign 验签 · zstd+tar · 原子切换 · 健康门 + 引导计数回滚 |
| 许可 | 软件 Apache-2.0；3D 模型 CC BY-SA-NC；机械/电子设计未开源 |