【Arduino 动手做】球形四足 Arduino 机器人
2025-06-162936
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本项目介绍了一个球形四足机器人，底座为四足平台，集成在一个球形框架中。待机模式下看起来像一个球体，移动时变成四足动物。使用超声波传感器避免碰撞。该项目适合初学者和STEM教育场景，通过Arduino C/C++编程语言控制。
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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++      |
项目链接：https://www.instructables.com/Spherical-Quadruped-Arduino-Robot/
项目作者：Greg06
项目视频 ：
https://www.youtube.com/watch?v=zN9ubHAB0vY
https://www.youtube.com/watch?v=C8hBFW6BADA
https://www.youtube.com/watch?v=2rxiDwLDCY8
https://www.youtube.com/watch?v=1NOUR2EEjGg&t=2s
https://www.youtube.com/watch?v=ZsNFc-JyyRg
https://www.youtube.com/watch?v=eqBXZVdljKQ
项目代码：https://content.instructables.com/FFJ/HC5O/K5R37N9V/FFJHC5OK5R37N9V.ino
https://content.instructables.com/FOE/OVJW/K5R37NAX/FOEOVJWK5R37NAX.h
3D 文件：
https://www.thingiverse.com/thing:4100750
在项目结束时，总会有一些令人满意的事情，也有一些事情本可以以不同的方式完成。评估利弊或项目成功无关紧要。目的是在做这件事时享受自己。
我真的希望这个Instructable能激发你的灵感，让你有创作的欲望。
该代码的结构为状态机。
伺服电机以恒定变量驱动。所有这些变量都在 global.h 文件中，该文件必须与 Spherical Quadruped Robot.ino 文件放在同一文件夹中。
必须校准所有伺服电机，并且必须根据您的设置重新定义位移/旋转值。
伺服驱动器板I2C接口用于将SDA和SCL端口连接到Arduino Nano的A4和A5引脚。不再有限制。
否则，请按照这些路线作。
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。
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。
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
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。
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。
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。