arduino 四足机器人和舵轮小车

已于 2024-12-22 23:41:53 修改
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于 2024-12-19 18:44:58 首次发布
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这是一个很简单的四足兼四轮机器人，机器人的身体由一个方形的塑料瓶构成，四足使用四个sg90舵机，既可以使用180舵机做腿，也可以使用和360舵机做轮子，如果希望他能有个可以摇头晃脑，还需要一个二维的舵机支架，基础配置四个舵机，带头需要两个额外的180舵机，主控是一块arduino的芯片。如果主板或者电池不行，可以使用舵机控制板把主控和舵机分开供电。

如下：即可以使用360度轮子，也可以使用180度舵臂，有电池成本4个sg90舵机和一块arduino控制板。

大部分的机器人都需要驱动大量的舵机驱动，对主板和电池要求比较高，我经常遇到由于电量波动导致的主板不稳定问题，最简单最便宜的方案是主控和舵机两路供电。有钱的可以购买更好的电源，不过也要对硬件比较精通的人才好，否则可能高价买的也并不怎么好用，全缴了智商税。对于研究来说，两路是个经济又快捷的方式。我这里使用子舵机板两路供电。

代码如下：

#include <SoftwareSerial.h>
#include <Servo.h>
SoftwareSerial ESP01(14, 15);  //A0,A1,rx,tx

// Define the servos
Servo LF;    //左前腿
Servo RF;    //右前腿
Servo LB;    //左后腿
Servo RB;    //右后腿
Servo NECK;  //脖子
Servo HEAD;  //头


// Define the ultrasonic sensor pins
const int LF_PIN = 2;
const int RF_PIN = 3;
const int LB_PIN = 4;
const int RB_PIN = 5;
const int NECK_PIN = 6;
const int HEAD_PIN = 7;


char dataIn = 0;
int motor_speed = 100;  //250;

//mode 0:dog, 1:wheel
int mode = 1;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  //ESP01.begin(115200);
  ESP01.begin(9600);

  initPin();
  delay(5000);
  while (ESP01.available()) {
    ESP01.read();
    Serial.println("ESP01 read---------");
    stop();
  }
}
void initPin() {
  LF.attach(LF_PIN);
  RF.attach(RF_PIN);
  LB.attach(LB_PIN);
  RB.attach(RB_PIN);
  NECK.attach(NECK_PIN);
  HEAD.attach(HEAD_PIN);
}
void deinitPin() {
  LF.detach();
  RF.detach();
  LB.detach();
  RB.detach();
  NECK.detach();
  HEAD.detach();
}
void Home() {
  LF.write(90);
  RF.write(90);
  LB.write(90);
  RB.write(90);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(90);
  delay(100);
}
void forward() {
  Home();
  LF.write(90);
  RF.write(120);
  LB.write(60);
  RB.write(90);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(60);
  delay(100);
  LF.write(120);
  RF.write(120);
  LB.write(60);
  RB.write(60);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(120);
  delay(100);
  LF.write(120);
  RF.write(90);
  LB.write(90);
  RB.write(60);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(60);
  delay(100);
  Home();
  LF.write(60);
  RF.write(90);
  LB.write(90);
  RB.write(120);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(120);
  delay(100);
  LF.write(60);
  RF.write(60);
  LB.write(120);
  RB.write(120);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(60);
  delay(100);
  LF.write(90);
  RF.write(60);
  LB.write(120);
  RB.write(90);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(120);
  delay(100);
  Home();
}
void backward() {
  Home();
  LF.write(90);
  RF.write(60);
  LB.write(120);
  RB.write(90);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(120);
  delay(100);
  LF.write(60);
  RF.write(60);
  LB.write(120);
  RB.write(120);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(60);
  delay(100);
  LF.write(60);
  RF.write(90);
  LB.write(90);
  RB.write(120);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(120);
  delay(100);
  Home();
  LF.write(120);
  RF.write(90);
  LB.write(90);
  RB.write(60);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(60);
  delay(100);
  LF.write(120);
  RF.write(120);
  LB.write(60);
  RB.write(60);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(120);
  delay(100);
  LF.write(90);
  RF.write(120);
  LB.write(60);
  RB.write(90);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(60);
  delay(100);
  Home();
}
void left() {
  Home();
  LF.write(120);
  RF.write(90);
  LB.write(90);
  RB.write(120);
  NECK.write(60);
  HEAD.write(90);
  delay(100);
  LF.write(120);
  RF.write(60);
  LB.write(60);
  RB.write(120);
  NECK.write(120);
  HEAD.write(90);
  delay(100);
  LF.write(90);
  RF.write(60);
  LB.write(60);
  RB.write(90);
  NECK.write(60);
  HEAD.write(90);
  delay(100);
  Home();
}
void right() {
  Home();
  LF.write(90);
  RF.write(60);
  LB.write(60);
  RB.write(90);
  NECK.write(120);
  HEAD.write(90);
  delay(100);
  LF.write(120);
  RF.write(60);
  LB.write(60);
  RB.write(120);
  NECK.write(60);
  HEAD.write(90);
  delay(100);
  LF.write(120);
  RF.write(90);
  LB.write(90);
  RB.write(120);
  NECK.write(120);
  HEAD.write(90);
  delay(100);
  Home();
}
void hand() {
  Home();
  RF.write(180);
  delay(100);
  RF.write(150);
  delay(100);
  RF.write(180);
  delay(100);
  RF.write(150);
  delay(100);
  RF.write(180);
  delay(100);
  RF.write(150);
  delay(100);
  Home();
}

void shake() {
  Home();
  LF.write(60);
  RF.write(120);
  LB.write(60);
  RB.write(120);
  NECK.write(60);
  HEAD.write(60);
  delay(100);
  Home();
  delay(100);
  LF.write(120);
  RF.write(60);
  LB.write(120);
  RB.write(60);
  NECK.write(120);
  HEAD.write(120);
  delay(100);
  Home();
  delay(100);
}
void head() {
  Home();
  HEAD.write(60);
  delay(100);
  HEAD.write(120);
  delay(100);
  HEAD.write(60);
  delay(100);
  HEAD.write(120);
  delay(100);
  HEAD.write(60);
  delay(100);
  HEAD.write(120);
  delay(100);
  Home();
}
void neck() {
  Home();
  NECK.write(60);
  delay(100);
  NECK.write(120);
  delay(100);
  NECK.write(60);
  delay(100);
  NECK.write(120);
  delay(100);
  NECK.write(60);
  delay(100);
  NECK.write(120);
  delay(100);
  Home();
}
void stand() {
  Home();
}
void sit() {
  //Home();
  LF.write(90);
  RF.write(90);
  LB.write(0);
  RB.write(180);
  NECK.write(120);
  delay(100);
}
void sleep() {
  //Home();
  LF.write(0);
  RF.write(180);
  LB.write(0);
  RB.write(180);
  NECK.write(120);
  HEAD.write(60);
  delay(100);
}
void paxia() {
  //Home();
  LF.write(0);
  RF.write(180);
  LB.write(90);
  RB.write(90);
  NECK.write(120);
  HEAD.write(60);
  delay(100);
}
void angry() {
  Home();
  LF.write(0);
  RF.write(180);
  NECK.write(120);
  HEAD.write(60);
  delay(100);
}

void stop() {
  Home();
}
//car
void car_forward() {
  LF.write(60);
  RF.write(120);
  LB.write(60);
  RB.write(120);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(90);
  delay(100);
}
void car_backward() {
  LF.write(120);
  RF.write(60);
  LB.write(120);
  RB.write(60);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(90);
  delay(100);
}
void car_sforward() {
  LF.write(0);
  RF.write(180);
  LB.write(0);
  RB.write(180);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(90);
  delay(100);
}
void car_sbackward() {
  LF.write(180);
  RF.write(0);
  LB.write(180);
  RB.write(0);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(90);
  delay(100);
}
void car_left() {
  LF.write(60);
  RF.write(60);
  LB.write(60);
  RB.write(60);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(90);
  delay(100);
}
void car_right() {
  LF.write(120);
  RF.write(120);
  LB.write(120);
  RB.write(120);
  NECK.write(90);
  HEAD.write(90);
  delay(100);
}
void car_stop() {
  Home();
}

void loop() {
  if (ESP01.available() > 0)
  //if (Serial.available() > 0)
  {
    dataIn = (char)ESP01.read();
    //dataIn = (char)Serial.read();
    Serial.println("ESP01 read---------dataIn;");
    Serial.println(dataIn);
  }
  switch (dataIn) {
    case '1':
      if (mode == 0) {
        forward();
      } else {
        car_forward();
      }
      break;
    case '2':
      if (mode == 0) {
        backward();
      } else {
        car_backward();
      }
      break;
    case '3':
      if (mode == 0) {
        left();
      } else {
        car_left();
      }

      break;
    case '4':
      if (mode == 0) {
        right();
      } else {
        car_right();
      }
      break;
    case '5':
      if (mode == 0) {
        hand();
      } else {
        car_sforward();
      }
      break;
    case '6':
      if (mode == 0) {
        shake();
      } else {
        car_sbackward();
      }
      break;
    case '7':
      head();
      break;
    case '8':
      neck();
      break;
    case '9':
      //neck();
      angry();
      break;
    case 'a':
      stand();
      break;
    case 'b':
      sit();
      break;
    case 'c':
      sleep();
      break;
    case 'd':
      paxia();
      break;
    case 'e':
      mode = 0;
      break;
    case 'f':
      mode = 1;
      break;
    case '0':
      stop();
      break;
defalt:
      stop();
      break;
  }
}

使用蓝牙控制。

演示：

可以看我的B站：

【arduino做的小车小狗，180舵机可以做小狗，360可以做小车-哔哩哔哩】 https://b23.tv/YS4zkNW

残诗
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我计划制作一个AI小狗，具备语音交互、运动控制和表情显示功能。后期还会考虑增加情感识别功能。但是，我是一个新手，请给出具体详细的制作步骤，列出所需购买的材料。初步考虑采用树莓派4B（含）、Arduino、ReSpeaker 2-Mic、小米小爱音响单元、PCA9685舵机控制板、舵机辉盛SG90、40pin杜邦线、830孔透明版 面包板等。请帮我仔细检查核对，避免有遗漏，例如插线、电源等
03-26
<think>嗯，用户想制作一个AI小狗，具备语音交互、运动控制和表情显示功能，后期还要加情感识别。作为新手，可能需要详细的步骤和材料清单。首先，我需要确认他提到的硬件是否齐全，有没有遗漏的关键部件，比如电源、连接线、电阻电容之类的。 他列出的材料有树莓派4B、Arduino、ReSpeaker 2-Mic、小米小爱音响单元、PCA9685舵机控制板、SG90舵机、杜邦线和面包板。树莓派作为主控，Arduino可能用于控制舵机，ReSpeaker处理语音输入，小爱音响单元可能用于语音输出？需要确认这些组件之间的兼容性，比如树莓派和Arduino如何通讯，是否需要USB转TTL或者I2C之类的模块。 舵机控制板PCA9685是用来驱动多个舵机的，SG90是常用的小型舵机，但数量可能需要确认，比如四肢、头部可能需要多个舵机，用户是否买够了？比如四足可能需要至少12个舵机，但可能用户刚开始只用几个做简单动作。 电源方面，树莓派需要5V3A的电源，舵机可能需要单独供电，尤其是多个舵机同时工作时电流较大，可能需要电池组或稳压模块，比如LM2596。用户有没有考虑到这点？材料清单里没有提到电池或电源模块，这可能是个遗漏。 连接线方面，40pin杜邦线可能够用，但可能需要不同长度的，比如公对公、母对母，或者公对母，用户是否准备了各种类型？还有面包板是否足够大，830孔应该没问题，但可能需要确认。 传感器方面，ReSpeaker 2-Mic处理语音输入，但情感识别可能需要摄像头或麦克风阵列，用户后期可能需要添加摄像头模块，比如树莓派摄像头，但当前清单里没有，可能需要提醒。 软件方面，树莓派需要安装系统，比如Raspbian，然后配置Python环境，使用库如OpenCV、TensorFlow Lite做情感识别，语音交互可能需要Snowboy或百度语音识别API。运动控制方面，Arduino通过PCA9685控制舵机，可能需要Adafruit_PWMServoDriver库。用户是否熟悉这些软件配置？可能需要指导安装步骤。 结构方面，可能需要3D打印或机械部件来组装小狗的身体，用户是否有考虑？材料清单里没有提到结构材料，可能需要建议使用纸板、亚克力板或者3D打印服务。 另外，散热问题，树莓派4B在高负载下会发热，是否需要散热片或风扇？用户可能已经考虑到，但材料里没写，需要提醒。 最后，可能遗漏的还有电阻、电容、按钮开关等电子元件，用于电路保护或调试。虽然作为新手可能暂时不需要，但如果有突发情况可能需要这些。 总结一下，需要补充电源模块、电池、稳压模块、结构材料、摄像头（后期）、散热配件、可能的各种杜邦线类型，以及软件配置指南。同时检查各个模块之间的兼容性和连接方式，确保用户可以顺利组装和编程。</think>我将为您梳理完整的制作方案，包含硬件清单优化、分步骤实施流程和关键注意事项： **一、硬件清单优化（补充红色标记关键配件）** 1. **主控系统** - 树莓派4B 4GB（建议加装散热风扇+金属外壳） - Arduino UNO R3（需配USB Type-B数据线） 2. **语音模块** - ReSpeaker 2-Mic（兼容树莓派40pin接口） - 小米小爱音响单元（需配3.5mm音频转接线） 3. **运动系统** - PCA9685舵机控制板（必须配I2C转接板） - 辉盛SG90舵机×12（四肢各3个+头部1个+尾巴1个） - 金属舵机支架套装（建议9g规格） 4. **供电系统** - 树莓派专用电源5V/3A（带开关） - 18650锂电池组（7.4V 5000mAh）+ LM2596稳压模块 - 电源分配板（带XT60接口） 5. **连接组件** - 杜邦线套装（公-公/公-母/母-母各30条） - 40pin彩虹排线×2 - 洞洞板（建议10×15cm） 6. **扩展配件** - USB摄像头（后期情感识别用） - 0.96寸OLED屏幕（表情显示） - 激光切割亚克力框架套件 **二、分阶段实施流程** **第一阶段：基础架构搭建（1-2周）** 1. 硬件组装： $$树莓派4B \xrightarrow[GPIO]{I2C} PCA9685 \xrightarrow{PWM} 舵机阵列$$ $$ReSpeaker \xrightarrow{3.5mm音频} 小爱音响单元$$ 2. 系统配置： - 树莓派安装Raspbian系统 - 配置Arduino IDE开发环境 - 安装语音驱动：`sudo pip install seeed-python-reedspeech` **第二阶段：运动控制开发（2-3周）** 1. 舵机标定： ```python pwm = Adafruit_PCA9685.PCA9685() pwm.set_pwm_freq(50) # 50Hz更新频率 ``` 2. 步态算法： - 使用三角函数实现四足步态： $$θ_i(t) = A\sin(ωt + φ_i) + θ_{offset}$$ 其中$A$为振幅，$ω$为步频，$φ_i$为相位差 **第三阶段：语音交互实现（1-2周）** 1. 语音唤醒： - 使用Snowboy训练自定义唤醒词 - 设置音频路由： ```bash arecord -D plughw:1 | sox -t raw -r 16000 -b 16 -e signed-integer - -t wav - | python demo.py ``` **第四阶段：系统集成（关键阶段）** 1. 电源管理方案： $$7.4V \xrightarrow{LM2596} 5V/3A \rightarrow 树莓派$$ $$7.4V \xrightarrow{直接供电} 舵机阵列$$ 2. 多线程控制架构： ```python import threading speech_thread = threading.Thread(target=voice_processing) motion_thread = threading.Thread(target=gait_control) ``` **三、关键注意事项** 1. **电气安全**： - 舵机供电必须与树莓派隔离 - 每个舵机并联104电容消除抖动 - 总电流不超过电池组最大放电C数 2. **机械设计**： - 重心高度应满足： $$H_{cg} < \frac{L_{stance}}{2μ}$$ 其中$L_{stance}$为支撑跨度，$μ$为摩擦系数 3. **软件开发**： - 使用RTIMULib处理IMU数据 - OpenCV DNN模块加载情感识别模型： ```python net = cv2.dnn.readNetFromTensorflow('emotion.pb') ``` **四、推荐采购清单补充** | 类别 | 型号 | 数量 | 单价范围 | |------------|-----------------------|------|----------| | 电压监测 | INA219模块 | 1 | ￥12 | | 安全防护 | 自恢复保险丝（2A） | 5 | ￥1.5 | | 连接加固 | 热缩管套装（Φ2-10mm） | 1 | ￥15 | | 调试工具 | 逻辑分析仪（24MHz） | 1 | ￥80 | 建议分阶段购买配件，先完成基础运动功能验证，再逐步添加语音和视觉模块。开发过程中务必使用万用表实时监测关键节点电压，避免烧毁核心部件。
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