基于行空板的开源“宠物”机器人——Tillu

本周分享一个基于行空板M10制作的开源“宠物”机器人——Tillu，其灵感来源于Otto机器人。Tillu具备行走、跳舞等动态功能，配备了显示屏用于展示表情，还集成了麦克风、陀螺仪等传感器，支持语音识别和触摸交互。项目完整开源了3D打印文件和Python代码，小伙伴们可以通过Fusion 360修改设计，使用Mind+进行可视化编程。整个项目的成本控制合理，制作难度适中，非常适合想要入门机器人开发的创客们进行学习和实践。

特色功能
趣味表情：通过行空板显示屏，来帮助Tillu显示各种灵活可爱的面部表情；
行走、舞蹈：Tillu通过两条腿上的四个舵机来实现行走，或向前后左右的移动，甚至完成一系列连续的舞蹈动作，共计含有约10种行动模式；
触摸传感和语音指令：
内置触摸传感器，每当有人触摸Tillu的头部，它就会开始一些随机的动作；由于行空板M10内置的麦克风，它可以识别语音指令，每当你对它说“Tillu，dance”（Tillu，跳舞），它就会开启一段随机舞蹈。它还可以根据你的指令来向前、退后或左右转动或舞蹈。
外观方面，使用深灰色和橙色丝线为Tillu打造酷炫的双色外观；
其它方面，头部背壳的开孔设计方便充电和连接电脑扩展编程。

作者分享

材料清单

硬件
行空板M10
DF15MG舵机
2路18650电池座
Type-C L型公对母转接线 （行空板M10专用）
触觉按钮
触摸传感器
螺丝套件

软件
Mind+
Autodesk Fusion

其他
3D 打印机

项目过程
第一步：CAD和3D打印
组件导入：我导入了所有标准组件，如行空板M10、舵机，并手动测量了尺寸以创建电池管理板。

机器人主体设计：
头部外壳：设计用于稳固地承载重型电池和行空板。
主体（中心框架）：作为结构支柱，连接头部和腿部，同时确保稳定性。
盖板：提升机器人的美观性。
腿脚：灵感来自Otto DIY机器人，确保流畅运动和平衡。
耳机设计：为增添趣味和酷炫外观而设计，赋予Tillu更多个性，
整个机器人的部件使用螺丝组装固定，项目作者在外壳背面设计了电源按钮和两个USB Type-C接口的插槽，一个用于电池充电，另一个用于行空板编程。

你可以在 Fusion 360 中打开模型，以根据您的要求对其进行修改。或者可以直接下载用于 3D 打印的 STL 文件。
以下是要打印的部件：
Main.stl  
Cover.stl
Servo Housing Right.stl
Servo Cover Right.stl
Servo Cover Left.stl
Right Leg.stl
Left Leg.stl
Head Phone P1.stl
Head Phone P2.stl
Head Phone P3.stl

第二步：3D打印部件组装
1.组装外壳和面罩：
所需打印部件：Housing.stl（灰色）+ Visor.stl（橙色）
步骤：

• 取机器人的头部外壳（Housing），找到用于安装显示屏（Visor）的插槽。
• 将显示屏（Visor）插入头部外壳的对应插槽中。
• 取少量快干胶将面罩固定到位，为了保持外观整洁，注意不要使用过量。
  

2.组装耳机：
所需打印部件：Head Phone P1.stl、 Head Phone P2.stl 、Head Phone P3.stl
步骤：

• 双色打印： 如果你希望耳机部分呈现双色效果，可以选择更换丝线。在打印过程中暂停，更换耗材，以达到理想的效果。
• 打印完成后，将四个耳机部件对齐组装：
  

• 将耳机部件P2安装到耳机部件P1上。
• 将两个耳机部件P3安装到位，完成耳机的设计。
• 虽然这些部件设计为紧密贴合，但如果你需要额外的牢固性，可以适量使用胶水进行固定。
  

第三步：为舵机添加接线

舵机自带接线，但这些接线与行空板M10的接口不兼容。因此，需要对接线进行改造，以确保兼容性和正常连接。
行空板M10带有三个含PWM 信号的 GPIO 接口（P21、P22 和 P23），而在我们的项目中，需要连接四个舵机，为解决此问题，我们可以：

• 给前三个舵机使用可用的 GPIO 引脚
• 把第四个舵机的信号引脚直接焊接到行空板上的 P16 上
  
  

1.改造和添加接口：准备接线：取出行空板附带的两个双面三pin接线，将它们从中间剪开，得到四个独立的接线。保留三条接线用于连接舵机，另一个用于触摸传感器（在后续步骤中使用）。

2.连接舵机：
使用两组接线分别连接两个舵机。按照下图所示的极性和接线图进行连接：

• 信号线（橙色）
• 5V电源线（红色）
• 地线（棕色）
  
  

确保接线的方向与接线图一致。

3.将两个舵机连接到一组接线上：
对于第三组接线：

• 将两个伺服电机的地线和5V电源线连接到同一组接线上。
• 将其中一个伺服电机的信号线连接到接线上。
• 保持第二个舵机的信号线畅通;稍后将焊接到 P16 上。
  

检查所有连接，确保极性和接线图一致。







第四步：扩展按钮以控制电源开关









项目设计中的电池座包含一个小按钮，用于控制Tillu机器人的电源开关。然而，由于外壳设计的原因，无法触摸到按钮，并且由于尺寸过小，实际使用时不够方便。为了解决这个问题，我们将通过添加一个外部触摸按键来扩展其功能。

所需材料：
触觉按钮、焊接器材、用于扩展连接的绝缘线
步骤：

• 识别电池座上的微型内置按钮
• 注意连接点（两个端子）
• 将两根绝缘线连接到按钮端子，确保它们长度足够
• 将外部按键的一端焊接到与连接图一致的相同端子上。
  

第五步：连接电池



在此步骤中，我们将使用电池座为行空板准备电源，并用同一个 USB Type-C 接口实现无缝编程。通过创建一个定制的扩展接线，我们将使电池组能同时为电路供电，并且可以访问行空板的Type-C 接口进行编程。

所需材料：
USB Type-C 延长线、电池座、焊接器材、电线（处理电力负责）
步骤：

• 取一根USB Type-C延长线，在母头一端剥开绝缘层。
• 找到G（GND，地线）和V（Vcc，电源）端子。
• 将两根高质量的导线分别焊接到母头的GND和VCC端子上。
• 将焊接好的导线另一端连接到电池座的GND和5V输出端子上。
• 参考连接图以确保接线正确。
• 使用热缩管或绝缘胶带包裹Type-C延长线上裸露的焊接部分，确保绝缘和安全。
  

第六步：触摸传感器接线

所需材料：
触摸传感器模块、兼容接线（来自步骤三）、焊接器材、跳线（按需使用）
步骤：
取步骤三中准备好的接线，根据上面的电路图，将接线焊接到触摸传感器的引脚上。

第七步：编程测试

如上图所示，连接所有舵机和触摸传感器以及在前期步骤中准备的Type-C电池组。暂时不要焊接第四个伺服电机的裸露导线。

运行Mind+，测试程序

下载并安装Mind+，在菜单中读取行空板，切换到Python模式，开始编程。（如何连接？点击查看行空板Mind+编程说明）

从 Tillu GitHub 存储库下载提供的文件夹，解压缩后，将整个 Tillu 文件夹拖放到行空板的文件系统中，打开位于 Tillu 文件夹中的 forward.py 文件并运行该程序。

• 将行空板从电脑上断开连接。
• 打开电池模块的电源。
• 行空板应该会开机启动。
• 使用行空板上的导航按钮，在根目录中找到forward.py文件。
• 在行空板上直接选择并运行该程序。
• 舵机应该会响应，触摸传感器也应该能够正常接收输入。
  
  

提醒：在测试前，要确保电池座电量充足。另外，如果有组件没按预期触发运行，则需要检查连接和接线。

第八步：安装行空板支架

所需材料：
行空板M10、3D打印的行空板支架、3颗M3螺丝、电池座
步骤：

• 将电池组的Type-C线通过支架上的预留槽连接到行空板上。
• 将3D打印的行空板支架与行空板上的安装孔对齐。
• 使用3颗M3螺丝将支架固定到行空板上。
  

第九步：安装触摸传感器

取触摸传感器，并在其背面涂抹少量胶水。
将触摸传感器安装到外壳主体上，用手按压几秒钟，直到胶水变干。

第十步：安装电池座

所需材料：
电池座、Type-C延长线、M2螺丝、螺丝刀
步骤：

• 取第二根Type-C延长线，将其牢固地插入电池管理板。
• 将电池组与外壳上预设的螺丝孔对齐。
• 使用M2螺丝将电池组固定到外壳上。
  

第十一步：组装Tillu电机

所需材料：
2个舵机（髋部舵机）、M2螺丝、小型螺丝刀
说明：
由于舵机侧面的接线会与主体槽位的壳壁发生碰撞，导致舵机无法直接安装到主体槽位中。为了解决这个问题，我们需要暂时拆卸舵机外壳的一部分。
步骤：

• 用螺丝刀拆下每个舵机底部盖板的螺丝。
• 小心地将舵机的底部部分分离。
• 先将舵机外壳的底部部分放入主体槽位中。
• 将舵机与槽位对齐，并轻轻放置到位。
• 当舵机位置正确后，重新将底部部分安装到舵机上。
• 拧紧之前拆下的螺丝，确保舵机外壳牢固闭合。
• 使用舵机配件包中的M2螺丝将舵机固定到主体上。
  

第十二步：组装Tillu的脚

所需材料：
2个舵机（连接到一个共用接线）、2个舵机外壳、2个舵机盖板、M2螺丝、速干胶
步骤：

• 取出之前连接到一个共用接线的两个舵机，以及3D打印的脚部舵机部件。
• 将每个舵机插入其对应的外壳中，确保舵机的方向与外壳结构对齐。
• 使用舵机配件包中的M2螺丝将每个舵机固定到其外壳上。
• 取出盖板，对齐轴心，轻轻按压将盖板扣合到外壳上。
• 在盖板与外壳接触的边缘处涂抹少量速干胶，确保粘合牢固。
  

第十三步：组装Tillu的腿

所需材料：
3D打印的腿部部件、4个舵机摆臂、M2螺丝
步骤：

• 取出舵机附带的4个舵机摆臂，按照提供的图片所示，将其中两个摆臂从中间剪开。
• 将舵机摆臂与3D打印腿部部件上的设计槽位对齐，参考图片中的方向，确保摆臂位置正确。
• 使用M2螺丝将每个舵机摆臂固定到腿部部件上。
  

第十四步：启用自运行（开机启动）功能

1.使用行空板上的导航按钮进入系统菜单。

2.启用自动启动功能：

导航到“服务切换” -> “自动启动”。
将选项切换为“启用”。

3.设置程序自动运行：
导航到“运行程序” -> “root/” -> “main.py”，选择“main.py”并运行一次。

手动运行程序后，该程序将被设置为开机时的默认运行程序。
关闭并重新启动行空板，确认main.py是否自动运行。
注意事项：
如果行空板已经安装到外壳中，导航按钮可能无法直接操作。在这种情况下，可以通过行空板的USB接口连接鼠标来完成这些步骤。

第十五步：将行空板安装到头部内壳

• 取出已经预先安装到定制3D打印支架上的行空板。
• 接入所有接线，包括：通过Type-C接口连接的电池组、3个舵机、触摸传感器。
• 将第四个舵机的信号线焊接到行空板的P16引脚上。
• 将行空板组件放置到位，对准外壳（头部）上的安装孔。
• 使用M2螺丝将行空板组件牢固地固定到外壳上。
  

第十六步：主体组装
1.定位Type-C数据接口（用于编程和充电）：

• 找到外壳上的Type-C数据接口槽位。
• 将Type-C接口小心地放入其指定槽位，并使用速干胶固定。
• 用同样方式，定位充电接口并使用速干胶固定。
  

2.定位触控开关按钮：找到外壳上触控开关按钮的槽位，将按钮放入槽位，使用少量速干胶固定。

3.主体组装：

• 取主体部件，小心地将其放置到外壳上。
• 对齐螺丝孔位，将所有线缆整齐地收纳在外壳内，确保没有线缆被挤压。
• 确保两条舵机腿部线缆从设计好的槽位中引出。
• 使用5颗M2螺丝将主体固定到外壳上。
  

第十七步：封闭部件
取下外壳并将其与主体组件对齐，使用 3 个 M2 螺丝将外壳固定到主体组件上。

第十八步：完成总装
1.运行初始化脚本：
将行空板连接到电脑，运行initialize.py脚本。该脚本会将所有舵机调整到90°中立位，确保组装时正确对齐。

2.安装腿部：
取两条腿部部件，将它们安装到处于90°位置的舵机上，使用螺丝固定腿部。

3.安装脚部：
取出之前组装好的脚部舵机，将它们以90°位置安装到腿部上，用螺丝将脚部舵机固定牢固。

4.安装头部（耳机部分）：
取出耳机部分（头部组件），小心地将其安装在机器人的头部。
现在所有部件都已组装完成，设备已通电并准备就绪，Tillu机器人可以开机了！

代码注释

1. 初始化

• 导入模块：程序导入了多个模块：random、threading 和 time 用于随机化、多任务处理和计时。
• 自定义模块：
  

       robot_control.py 用于控制舵机运动。

       facial_expressions.py 用于显示基于视频的表情。

      speech_text.py 用于语音命令识别。

      Pin 用于与硬件按钮交互。

• 触摸传感器：初始化一个数字引脚（Pin.P24）作为输入触摸传感器。
• 动作控制锁：使用线程锁（action_lock）确保同一时间只能运行一个动作（触摸或语音触发）。
  

---

2. 关键功能

2.1. random_movement_and_expression

该函数随机选择一个动作和一个表情，并执行这些动作5秒：

• 随机化：从13个预定义的舞蹈动作（如dance1、dance2）中选择一个，选择一个表情（如angry、heart）。
• 并行执行：使用线程同时执行动作和表情。
• 时长管理：两个线程运行5秒后重置到中立状态（reset_positions 和 blink）。
  

2.2. touch_listener

持续监控触摸传感器，如果按下：

• 确保没有其他动作正在运行（通过action_lock）。
• 执行random_movement_and_expression。
  

2.3. voice_listener

持续监听麦克风的语音命令（listen_for_command）：

• 命令映射：
  

将识别的命令（如“前进”、“后退”、“Tillu跳舞”）映射到机器人功能，如forward()或random_movement_and_expression。执行命令时确保与正在进行的动作没有冲突。

2.4. cleanup

一个工具函数，用于重置机器人并停止正在运行的进程。

3. 主程序

main() 函数：

• 以中立状态的眨眼表情开始。
• 在单独的线程中启动touch_listener和voice_listener。
• 持续运行，直到被中断（如按下Ctrl+C），此时调用cleanup函数。
  
  

4. 自定义模块

4.1. robot_control.py

通过舵机控制机器人的运动：

运动类型：

• 基本运动（如前进、后退）。
• 转向（左转、右转）。
• 舞蹈（13个独特的动作，使用同步舵机运动）。
  

确保平滑过渡：

通过将舵机设置为休息位置（reset_positions）。

4.2. facial_expressions.py

使用Pygame显示动态表情：

• 播放预录制的视频循环（如blink.mp4、angry.mp4）。
• 确保资源正确清理。
  
  

4.3. speech_text.py

使用Google Web Speech API识别语音命令：包括噪声调整和错误处理，以提高识别流畅度。

5. 关键特性

交互性：用户可以通过触摸或语音触发动作。

并行执行：表情和运动可以同时进行。

可扩展性：通过扩展相应模块，可以添加新的动作或表情。

错误处理：处理无效语音命令，并确保动作之间的互斥性。
故障排除与自定义：

如果机器人的表现不符合预期，可能需要调整初始舵机角度以匹配你的机器人设置。这些角度定义了机器人的中立位置，并在robot_control.py的reset_positions函数中配置：

servo_hip_right.write_angle(95)
servo_hip_left.write_angle(85)
servo_foot_right.write_angle(85)
servo_foot_left.write_angle(100)
复制代码

可以尝试微调这些值以优化机器人的姿态和运动：

• 增加或减少servo_hip_*的值以调整腿部角度。
• 调整servo_foot_*的值以更精确地定位脚部。
  
  

提示：
测试时使用小幅度调整（例如±5度），并观察变化，以避免舵机过载或错位。

最终成果

Tillu 是一个兼具趣味性和挑战的的机器人项目，它结合了高质量的硬件、灵活的软件和定制的3D打印设计。行空板M10通过舵机实现精确的运动控制，而触摸传感器则为机器人增添了交互性。Tillu 机器人采用电池供电，便携性强，非常适合随时随地使用。

3D打印部件提供了设计灵活性，而 Mind+ 软件支持图形化编程和 Python 编程，适合不同水平的学习者。使用 Type-C 接口进行充电和编程，简化了设置和操作流程。这个项目提供了一个动手实践的学习体验，将编程、电子技术和设计融为一体，充满趣味性和吸引力。无论是个人使用、教学还是探索，Tillu 都为对机器人感兴趣的人提供了一个坚实的基础。

项目文件

tillu-main.rar

原文链接: https://community.dfrobot.com/makelog-314968.html

项目作者：Mukesh Sankhla

发表时间：2024.12.15