Stack-chan 开源桌面 AI 机器人
| 公司 | 产品 | 卖点 |
|---|---|---|
| M5Stack × meganetaaan（石川新年）社区 | Stack-chan / M5StackChan（SKU K151） | 全开源桌面 AI 机器人，现货开发板 + 总线舵机 + 3D 打印外壳即可复现 |
核心卖点
- 全程免定制 PCB：主控为现货 M5Stack CoreS3（ESP32-S3），舵机用 FEETECH SCS0009 总线舵机经 Grove 口直连，外壳 STL 完全开源
- 官方固件内置小智 AI Agent：语音对话、表情、头部动作（水平 360° + 俯仰）出厂即用，零代码复现
- 出身名门：日本创客 Shinya Ishigawa 发起，M5Stack 官方接手量产（Kickstarter 众筹超 358 万港币 / 4100+ 支持者），Apache-2.0 / MIT 开源
- DIY 成本约 ¥550–590（官方整机 ¥699），3–5 天净工期
- 表情生态丰富：Avatar 表情引擎、社区 MOD 应用、帽子等 3D 打印配件
优缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 免定制 PCB、零代码：物料全现货，M5Burner 一键刷官方固件 | 动作仅头部两轴（水平旋转 + 俯仰），无手臂、不能行走 |
| 固件 / 结构件 / 中文文档均为 M5Stack 官方出品，每一步有据可查 | AI 对话依赖小智云端，离线状态只剩本地唤醒词 |
| D2 单板即可演示 AI（最早的可验收节点），翻车随时可退官方整机保底 | Grove 口给舵机的供电余量小，堵转可能触发重启（预案见风险表） |
| 生态庞大：日/中/国际社区 + Arduino BSP / UiFlow2 / 网页刷机，后期可深度定制 | DIY 约 ¥550–590，与官方整机 ¥699 差价小，省钱不是主要收益 |
| 损坏单件重印即可维修，外壳/导光条可自由换色换料 | 2 寸屏以表情交互为主，演示视觉冲击力弱于双足或机械臂 |
硬件与技术栈
| 层 | 选型 | 说明 |
|---|---|---|
| 主控 | M5Stack CoreS3（ESP32-S3 N16R8） | 2 寸触屏 + 双麦克风 + 喇叭 + 摄像头，淘宝官方店现货 |
| 舵机 | FEETECH SCS0009 双轴版（SC-0090-C013）×2（~¥52/个） | 串行总线舵机，Grove 口连接；同一型号分饰两角：水平轴 360° 连续旋转 + 俯仰轴约 90°。飞特 SKU 中 C001 = 单轴 / C013 = 双轴，云台结构选双轴（双侧支撑，配合 K151 的 BearingFixture 轴承座），下单前可与客服确认适配 StackChan |
| 外壳 | 官方 K151 结构件（10 件 STL） | M5_Hardware/Products/K151_StackChan/Structures 免费下载，自印或代打 |
| 固件 | M5Burner 官方 StackChan 固件 | AI Agent 基于小智（xiaozhi）生态，支持 Qwen / DeepSeek 等模型 |
| 进阶 | StackChan-BSP（Arduino）/ UiFlow2 / 网页安装器 | 二次开发与社区固件 |
重要避坑：DIY 不要用 SG90 PWM 舵机——CoreS3 无舵机驱动电路，SG90 路线需定制底板或飞线，且社区固件中 CoreS3+SG90 组合无现成编译变体。选 SCS0009 总线舵机即可与官方固件、官方结构件完全匹配，这是本项目「简单快速」的关键。
一周复现方案
采购清单（D1 全部下单）
| 物料 | 规格/数量 | 购买入口 | 参考价 |
|---|---|---|---|
| M5Stack CoreS3 | 标准版（勿选 SE），1 台 | 淘宝搜「M5Stack CoreS3」（认准官方店） · 官方商城（海外） | ~¥389 |
| SCS0009 舵机 | 双轴版 SC-0090-C013 ×2（可多备 1 个） | 淘宝搜「FEETECH SCS0009」（飞特官方店，SKU 选 C013 双轴） | ¥52/个 |
| K151 结构件 | STL 下载后自印或送打 | 官方 Structures 目录 · 嘉立创 3D 打印 | ¥50–80 |
| Grove 线 | 4P，1–2 根 | 淘宝搜「M5Stack Grove 线」 | ~¥10 |
下单备注（重要）：总线舵机出厂默认均为 ID=1，两个同 ID 在总线上无法区分，首次开机舵机自动检测会失败。下单时向客服备注「两个舵机分别设为 ID1（水平转轴）/ ID2（俯仰轴），用于 StackChan」；或选购含 URT-1 调试板的 SKU（+U）自行改 ID。
工具：USB-C 数据线（须传数据）、小十字螺丝刀、Chrome/Edge 浏览器（M5Burner 刷机）。
3D 打印图纸（自印指引）
| 图纸 | 地址 | 适用 |
|---|---|---|
| 官方 K151 结构件（推荐） | M5_Hardware/Products/K151_StackChan/Structures | 与本条目 BOM（CoreS3 + SCS0009 + Grove 直连）完全匹配，免 PCB |
| 社区经典壳（4 件 + STEP 源文件） | stack-chan/stack-chan · case/case_SCS0009 | 官方组装方案需配套**自制 Stack-chan board（PCB）**连舵机，与本站免 PCB 路线不符，仅进阶选用 |
| 装饰配件（帽子等） | MakerWorld stack-chan 合集 | 个性化换装 |
K151 十件：MainBody（主体）、Base / BaseCover（底座/底盖）、ServoBody / ServoArm / ServoCover / ServoSideCover（舵机舱、摆臂及盖板）、BearingFixture（轴承座）、LightGuideBar-A/B（导光条）。
自印要点：两套图纸选其一，勿混用（配合尺寸不同）；导光条必须用透明 PLA/PETG（RGB 导光件）；主体与底座 PLA 0.2mm 层高即可，底座承受舵机扭矩可换 PETG；打完先干装试配合、修孔位，再接电组装。
排期与里程碑
| 天 | 任务 | 验收 |
|---|---|---|
| D1 | 下单全部物料；安装 M5Burner；注册 xiaozhi.me | 订单生效 |
| D2 | CoreS3 到货 → 按官方固件烧录文档刷机 → 配网 → 语音对话跑通 | 里程碑 1：单板即有可演示的 AI 机器人 |
| D3 | 等打印件：读官方文档 Servo 章节；Grove 口 5V 带舵机实测（空载连转观察是否掉电重启） | 供电方案确定 |
| D4 | 组装：SCS0009 装入结构件 → Grove 口连接 → CoreS3 入壳 | 机械体完成，手拨无卡滞 |
| D5 | 刷机（长按 G0 至指示灯变绿进下载模式，详见 CoreS3 文档 → Burn 时填 WiFi）→ 首次开机舵机自动检测 → Setup 校准 | 里程碑 2：动作平滑、回中准确、无堵转 |
| D6 | 绑定 xiaozhi.me 后台，配角色/音色 → 语音 + 动作 + 表情全链路联调 → 录 demo | 里程碑 3：见验收标准 |
| D7 | 缓冲日 / 个性化（帽子配件、自定义提示词） | — |
验收标准（D6 逐条过）
- 开机 30 秒内联网就绪，表情界面正常
- 语音对话触发头部动作（点头/转头），表情随状态切换
- 水平方向连续旋转无死点，俯仰限位 5–85° 内平滑运动，连续运行 30 分钟无堵转、无死机
- 断电重启后校准不丢、姿态回中正常
风险与预案
| 风险 | 概率 | 预案 |
|---|---|---|
| Grove 5V 峰值电流不足导致板子重启 | 中 | 演示用 USB 供电、避免堵转；实测重启则外接 5V 3A 独立给舵机供电 |
| 舵机坏件/漂移 | 低 | 已多备 1 个；Setup 内重新校准 |
| 打印件公差 | 低 | 官方 STL 与 SCS0009 原生匹配；返工单件 ¥几块、1 天 |
| 新批次屏幕兼容（ILI9342E） | 低 | 用 M5Burner 最新官方固件可规避，勿刷一年前旧 bin |
| 整体翻车保底 | — | 直接购官方整机 K151（¥699，淘宝官方店同价），出厂即完整体验 |
进阶：RL 能力边界（本次复现不含 RL）
本次一周复现不涉及 RL：Stack-chan 的语音对话、表情与头部动作由小智 LLM 和官方固件直接驱动，零训练即得完整体验，复现过程不需要任何强化学习。
后续若想往 RL 方向玩，先认清这颗舵机的能力边界——能「跑」策略，不能「扛」训练：
- 能「跑」：SCS0009 支持位置指令 + 位置回读（TTL 总线 1Mbps），执行一个已训练好的策略（2 关节 @ 50Hz 部署）没有压力
- 不能「扛」训练工况，三个硬伤：
- 反馈为滑动电位器（接触式）：噪声与磨损漂移会持续污染 RL 的状态观测，越训越脏
- 9g 级强度（2.3kg·cm、无滚珠轴承、塑料壳）：训练 = 高频换向 + 堵转 + 冲击，齿轮打齿只是时间问题
- 仅有位置/恒速控制模式，无力矩层，sim2real 精调受限
想玩 RL 请换到社区标准件 STS3215 磁编码舵机（4096 步/360°、重复精度 ≈0.17°、非接触无磨损）基线的项目：
| 路线 | 项目 | 说明 |
|---|---|---|
| 模仿学习 | SO-101 + LeRobot（站内条目） | 遥操作采数 → ACT / Diffusion Policy 训练 |
| RL 步态（全开源） | Open Duck Mini V2 | 14× STS3215 的 BDX 风格双足，BOM 低于 $400 |
| RL 步态（买套件） | MicroDuck（站内条目） | 15 电机 RL sim2real，$399 |
| 教程全流程 | Seeed × 高擎「小π」双足 Hackathon | Isaac Gym 训练 → sim2sim → 实机部署 |
附录：为什么选 Stack-chan（多轮比对）
筛选约束
复现目标先定为四条硬约束，全部满足才进入候选：
- 主控与配件均为现货开发板/标准件，可直接购买
- 免定制 PCB（不需要打板 / SMT 贴片）
- 外壳有开源 3D 打印图纸
- 一周内可完成，零代码优先
候选与淘汰
| 候选 | 形态 / 成本 | 结论 | 关键理由 |
|---|---|---|---|
| Stack-chan 自制 | 桌面头部两轴 / ¥550–590 | ✅ 入选 | 唯一全约束满足：现货 CoreS3 + 总线舵机 Grove 直连 + 官方固件与官方结构件 |
| electronBot-AI | 6 自由度桌面人形 / ¥300–600 | ❌ | 动作最丰富但需定制 PCB（含 SMT 排产等待）；组装文档标注「持续更新中」，关键步骤缺失 |
| Moji（小智衍生） | 桌面摆件 / ¥49–75 | ❌ | 需定制 PCB；无运动部件，是摆件不是机器人 |
| ESP-SparkBot | 履带小车 / 定制主板 | ❌ | 乐鑫官方出品、文档好，但定制主板 + 履带底盘，复杂度不低于 electronBot-AI |
| EDA-Robot AI 版 | 四足机器狗 / ~¥85 | ❌ | STM32 + ESP32-S3 双芯片双固件，违背「简单快速」 |
| 面包板小智 | 无外壳 / ~¥120 | ❌ | 验证 AI 链路最快，但无外观无动作，只适合当预研手段 |
| Stack-chan 官方整机 K151 | 成品 / ¥699 | 保底 | 零 DIY，翻车时的退路 |
比对轮次（批判过程）
- 广度扫描：抓取小智官方硬件汇集页全量条目 + 国际社区方案（Stack-chan / Otto / Reachy Mini 等），形成候选池
- 约束过滤：小智生态衍生硬件绝大多数依赖定制 PCB（虾哥 C3 板、各类扩展板、Moji），按约束 2 直接淘汰，仅 Stack-chan 幸存——主控是通用现货开发板而非专用板
- 压力测试：对 Stack-chan 专挑毛病——Grove 供电带载、舵机个体公差、俯仰堵转、固件路线，均有官方机制或预案兜底
- 接口钉死（关键修正）：最初拟用 SG90 舵机，被证伪——CoreS3 无舵机驱动电路，SG90 需定制底板或飞线，且网页安装器无「CoreS3+SG90」现成固件变体（社区仓库明示该组合须源码编译）；改用官方 K151 同款 SCS0009 总线舵机后，接线 / 固件 / 结构件全部官方匹配
- 图纸比对：社区经典壳虽同为 SCS0009 开孔，但其官方组装方案依赖自制 Stack-chan board（PCB）连接舵机，与免 PCB 路线冲突；K151 官方结构胜出，且多出导光条等还原细节
方法论
评估任何复现项目，谈排期前先钉死两件事：电气接口（执行器怎么连到主控）与固件变体（这套硬件组合有没有现成固件可刷）。这两点含糊，排期就是沙上城堡——本轮 SG90 → SCS0009 的中途修正，正是初期调研遗漏这两点所致。