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[项目] 【Arduino 动手做】球形四足 Arduino 机器人

欢迎

两年前，出于好奇，我订购了一个没有电子和代码背景的 Arduino 入门套件。我不知道我发生了什么......

在最初的两周里，我一直在努力简单地眨眼......

几周和几个月后，一个又一个项目，使用 Arduino 的乐趣并没有消失，恰恰相反。

我在使用互联网出版物方面取得了切实的进展，现在是我分享自己的经验的时候了。

我很高兴推出我的第一个 Instructable。

本 Instructable 描述了一个球形四足机器人。机器人的底座是一个四足平台，有两个腿关节，全部集成到一个球形框架中。在待机模式下，机器人看起来像一个球体，并将自己变成四足动物来移动。使用超声波传感器来避免运动过程中的碰撞。

重量： 440 克
尺寸： Ø 130 毫米 / 5.12 英寸
运行时间（电池寿命）： 15 分钟
编程语言： Arduino C/C++

【Arduino 动手做】球形四足 Arduino 机器人图3

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精彩评论(11)

驴友花雕 中级技神
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发表于 12 小时前

【Arduino 动手做】球形四足 Arduino 机器人

## 第 2 步：门

介绍：

当门处于缩回位置时，门会隐藏支腿以及支腿运动的自由空间区域。因此，当机器人处于待机模式且门关闭时，它看起来像一个球体。

描述：

所有门都由一个位于中央位置的伺服电机驱动。门通过延长十字驱动。门由两个销钉引导，该销钉与车身上的导轨啮合。导轨对门施加双重运动，一个用于缩回车身内部，另一个用于转动它。

伺服电机速度过快导致突然移动，通过代码延迟的循环降低速度。

【Arduino 动手做】球形四足 Arduino 机器人图1

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发表于 12 小时前

【Arduino 动手做】球形四足 Arduino 机器人

## 第 3 步：支腿

演示文稿：

显然，这些腿是用来走路的，但它们也必须允许升降机器人。

在待机模式下，支腿必须不可见。

描述：

设计
腿有几种可能的概念。由于缩回区域（机身内部）的可用空间很小，因此首选通过支腿配备 2 个伺服电机的解决方案。一个用于前进和后退运动，一个用于上下运动。

为了弥补缺失的第三个伺服电机（“经典”四足动物每腿有三个伺服器，髋部、膝盖、踝部）并确保机器人的提升运动没有腿部滑动，我们在上下伺服电机上增加了一个平行边形运动，即两个功能与一个伺服电机，上下运动和腿部平行度。

为了优化空间，胫骨结构是缩回位置的头形的一部分。

电子的
每个支腿 2 个伺服电机和 4 个支腿意味着 8 个伺服电机，加上 1 个用于头部和 1 个门 = 10 个伺服电机。为了尽量减少使用的Arduino板引脚和电缆的数量，伺服电机由带有I2c接口的伺服驱动器控制，即只使用两个引脚。

Adafruit 伺服驱动器教程

走
有几种行走模式，一条腿接一条，两条相对的腿同时出现，四条腿同时出现，以及像运动幅度和运动速度这样的几个参数。结论：多种可能性。

此 Instructable 仅描述了一个解决方案（由您自行探索其他解决方案），同时描述两条相对的边。步行图如下所示。

腿部运动并不复杂，没有变换矩阵。常变量施加每个伺服电机的位置。

必须特别注意腿部的滑动效果，腿部与地面之间的良好摩擦对于保证正常行走至关重要。为了尽量减少这种现象，在腿部底座上添加了一些防滑垫。

【Arduino 动手做】球形四足 Arduino 机器人图4

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【Arduino 动手做】球形四足 Arduino 机器人

## 第 4 步：头部

介绍：

头部支撑超声波传感器并允许其旋转以扩大检测区域。

头部也是机器人的盖子。头部易于拆卸，并可以访问电子设备、Arduino连接和电池充电。

描述：

伺服臂的形状是在头部复制的，因此只需以最小的间隙嵌入其上即可。头部与伺服电机同时转动。只需抬起它即可接触到电子设备。

超声波传感器通过 JR 连接器连接到 Arduino 板，以方便拆卸。

同样，为了避免伺服电机突然移动，在代码中添加了一个延迟循环以减慢旋转速度。

【Arduino 动手做】球形四足 Arduino 机器人图1

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发表于 12 小时前

【Arduino 动手做】球形四足 Arduino 机器人

## 第 5 步：灯光

介绍：

这显然不是必不可少的功能，所以这就是它必不可少的原因。灯光意味着更多乐趣。

描述：

4 个 RGB LED 在机身周围等距分布。在底部固定部件和顶部旋转部件（头部）的间隙之间可以看到灯光。RGB LED 允许在机器人活动期间通过颜色变化或闪烁来创建一些灯光动画。

Adafruit NeoPixels 教程

【Arduino 动手做】球形四足 Arduino 机器人图1

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发表于 11 小时前

【Arduino 动手做】球形四足 Arduino 机器人

## 第 6 步：超声波传感器

介绍：

超声波传感器用于检查机器人前方是否有障碍物并避开障碍物。

该传感器还用作启动和停止机器人的开关。

描述：

障碍物检测
传感器发出超声波，该超声波在空气中传播，如果信号遇到障碍物，则反弹回传感器。传感器提供信号的传播时间。使用信号速度（已知值）可以计算到障碍物的距离。

如果检测到障碍物，机器人会停下来，将头转向右侧以测量自由距离，然后在左侧重复测量。机器人向自由距离最大的一侧旋转。

您可以在下图中找到旋转的机器人腿策略，同样，这只是众多可能性中的一种。

这个 Instructable 没有详细说明超声波传感器的作，互联网上已经有很多细节。

SRF05 超声波传感器教程

开关
为了保持球形外观，机器人上没有物理开关，因此使用了超声波传感器。如果检测到传感器前方非常近的障碍物，机器人将启动或停止。

超声波传感器不会对机器人进行电气关闭。要关闭电源，您需要提起盖子（头部）并断开电池。

【Arduino 动手做】球形四足 Arduino 机器人图1

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发表于 11 小时前

【Arduino 动手做】球形四足 Arduino 机器人

## 第 7 步：组装

没有复杂，没有陷阱。图片不言自明。

次要评论：

不要忘记给腿部伺服电机电缆一些松弛，伺服电机必须能够自由移动。超声波传感器电缆也是如此。
增加了一些电缆夹，以确保所有电缆都锁定在机器人的中央结构上，并且不会干扰运动。
直角公接头与伺服电机驱动板一起使用。垂直方向没有足够的可用空间，因此连接方向为水平方向。

对于腿部关节，功能间隙为轴向 0.1 毫米和径向 0.1 毫米。您可以直接使用 FDM 3D 打印机获取这些值。您可能需要根据自己的 3D 打印机性能/精度来更新它们。

结构件通过自攻螺钉组装在一起。

【Arduino 动手做】球形四足 Arduino 机器人图1