【Arduino 动手做】天花板上的 GlaDOS 四轴机器人吊臂灯

Arduino是一个开放源码的电子原型平台，它可以让你用简单的硬件和软件来创建各种互动的项目。Arduino的核心是一个微控制器板，它可以通过一系列的引脚来连接各种传感器、执行器、显示器等外部设备。Arduino的编程是基于C/C++语言的，你可以使用Arduino IDE（集成开发环境）来编写、编译和上传代码到Arduino板上。Arduino还有一个丰富的库和社区，你可以利用它们来扩展Arduino的功能和学习Arduino的知识。

Arduino的特点是：
1、开放源码：Arduino的硬件和软件都是开放源码的，你可以自由地修改、复制和分享它们。
2、易用：Arduino的硬件和软件都是为初学者和非专业人士设计的，你可以轻松地上手和使用它们。
3、便宜：Arduino的硬件和软件都是非常经济的，你可以用很低的成本来实现你的想法。
4、多样：Arduino有多种型号和版本，你可以根据你的需要和喜好来选择合适的Arduino板。
5、创新：Arduino可以让你用电子的方式来表达你的创意和想象，你可以用Arduino来制作各种有趣和有用的项目，如机器人、智能家居、艺术装置等。

在本教程中，我将向你展示如何制作一个完全可3D打印的GlaDOS，它来自《传送门》（1和2），它也是一盏灯，可以转换成机械臂（这有多酷啊），眼睛里还装了一颗超级LED（这有多酷啊）。

这篇文章最初的目的是教你如何制作一个完全可3D打印的GlaDOS机械臂灯，它还可以移动。由于时间紧迫，而且我还需要继续进行其他项目（我的SLS打印机），所以我会分享目前为止所有能正常工作的部件。等我最终弄清楚如何让这个东西移动，同时又不让所有电子设备的温度升到100°C时，你就会第一个知道。

由于我最初的目标是制作一个功能齐全的机械臂，所以部分说明书包含接线。如果你不打算把它用作移动臂，我还设计了一些零件来替换伺服电机和移动部件。这样，你就可以省去大部分接线，只把它当作灯来用。

要制作这盏灯，你需要一台能够轻松打印大量支撑材料的打印机。这个设计并非无支撑的，而且打印起来相当困难。我用的是一台UP! 3D打印机，它完全有能力打印支撑材料。所有部件都是围绕UP!的最大构建尺寸设计的。

此外，您还需要一些电子技能，并且能够熟练使用主电源。此外，您还需要大量的时间。单是打印一项就至少要花费您 40 个小时。

特别感谢荷兰的 Almteq 借给我第一台 UP!，并且在一台 UP! 无法快速完成工作的情况下，又借给我两台 (!) UP!。没有你们，这个项目就不可能实现。

好的，事情是这样的。您似乎希望看到这个东西动起来，而我似乎希望赢得一台属于我自己的 UP! 打印机。这就是我们要做的。您帮助我在比赛中赢得一台 UP!，我将尽我所能尽快让它动起来。比赛的截止日期太早了，我不可能在比赛前完成，所以只要我赢了，我就会让它动起来。

## 步骤 1：更新和问答

首先，感谢大家帮助我赢得UP!比赛！我赢了……你们能相信吗？如果没有你们的支持，这一切都不可能实现。

正如承诺的那样，我已经发布了所有源文件。你们可以在我的thingiverse页面上找到它们。如果有人想要原理图和固件，我可以上传，但程序本身非常简单。它测量电位器，将数值重新映射到伺服角度，并将这些角度传输到伺服电机。

现在说说我的遗憾。我已经完成了这个项目。我将不再继续这个项目了。这就是你们的用武之地。我的电子和编程技能有限。我听到你们提出了一些很棒的想法，我真的很想看到它们付诸实践。所以，去根据你们的需求修改零件，打印出来，让这个GlaDOS比现在更棒吧。让我惊叹不已。Dragonator出炉。

在大家的关注下，我在我的教程中专门开辟了一页，用于个人更新、评论和一些问题的解答。

首先，我想说的是，你们可以在哪里期待我，又不能在哪里期​​待我。我没有使用 reddit、tumblr、twitter、google plus 或任何其他社交媒体。您可以在此 (instructables)、thingiverse（也称为 dragonator）和 youtube（用户名 ytecinventions）上找到我。目前，我不会使用任何其他媒介来发布或评论。

某些部件需要稍加修改。我不断发现某些部件（主要是底座）存在小问题。在找到可以处理原始强度的解决方案之前，我已经更换了底座传动系统（主要是齿轮）四次以上。

对于所有猜测电子设备是否存在问题的人，我在发布此文之前就已经知道问题所在。我尝试将所有东西都包含在底座中。底座中只有一条 12V 线。我使用 7805 将 12V 转换成 5V。该部件会耗散高于 5V 的所有电压，最高可达 1A。我稍微低估了一些伺服电机可以吸收的电流。 7805 是会立即升温到危险温度的部件。如果您担心存在严重问题，那就说明没有问题。我已经在忙着（不只是忙于）解决方案了。

对于那些希望将所有电子设备都装进底座的人，我有个好消息和坏消息。坏消息是，我将无限期推迟任何尝试。好消息是，我有一个更好的解决方案。通过将电子设备放置在底座外面，我为它们创造了更多的空间。

我会做和不会做的事情：
- 我会让这个东西移动；
- 我会让这个东西可以通过您在最后的想法中看到的控制器来控制；
- 我可能会在某个时候做一个跟踪系统，纯粹是出于好奇，但这种事情非常耗时，而且我还不知道该怎么做。这个想法让我很感兴趣，但要做到好像工作量很大；
- 我不会强迫她说话，我最不希望她做的就是开肥胖的玩笑。

问答

为什么没有视频？
上面的页面上有一个视频，假人，现在就去看吧。

如果你没有赢，会有视频吗？
参见上面的问题。

这东西可以出售吗？
不可以。另外，我不能被委托制作一个，我太忙了。如果我赢了，我可能会被说服制作和销售车库套件，但为此我需要自己的 UP！。

我（我的意思是你们）可以将这个发布到 shapeways 上吗？
可以。只要您注明原始出处，就可以。我本来想把它们转换成适合shapeways的尺寸，但没时间。

能把源文件发上来吗？
UP! 比赛和灯具及照明比赛都结束了，所以没必要再留着这些文件了。我已经把它们放到我的thingiverse页面上了。祝你玩得开心！为什么

不直接用风扇给电子设备降温呢？
原因有两个：一：底座空间不够。二：电子设备温度过高通常是出问题的征兆。

（附言：感谢所有给我看过glados看起来像个被绑住、倒挂着的女人的人……谢谢你的图片，我的天花板上现在挂着一个被绑住的女人。太棒了）

## 第二步：你需要什么

要像我一样构建完整的手臂，您将需要：

工具：
- 一台 3D 打印机（我用的是借来的 UP！）；
- 文件（金属的，不是数字的）；
- 一些基本的螺丝刀和钳子；
- 烙铁；

材料：
- 至少 2 公斤的 3D 打印灯丝（请注意，在图片中您看到一个 1 公斤的线轴，相信我，这不够）；
- 2 个 M3 沉头螺钉（16 毫米）；
- 2 个 M3 自锁螺母；
- 13 个 M4 圆柱头内六角螺钉（16 毫米）；
- 5 个 M4 圆柱头内六角螺钉（30 毫米）；
- 12 个 M4 螺母；
- 32 个 M4 沉头螺钉（16 毫米）；
- 4-6 个 M8 螺母（取决于您要制作的类型）；
- 1 根 M8 90 毫米螺纹杆；
- 3 个 M8 垫圈；
- 一袋从电子设备或其他小螺丝来源收集的小螺丝；

电子设备：
- 1 个 12V 电源；
- 2 个 40 毫米风扇；
- 8 个超级 LED（3W 或 1W），白色可选（我使用了 3W 暖白色）；
- 1 个 LED 驱动器，可满足 8 个超级 LED 的需求
- 8 个用于环中 LED 的散热器；


可选电子设备可能会让一切变得更棒
- 3 个微型伺服器； （2 个可以是 1kgcm，但其中一个必须尽可能坚固（最好是 2kgcm 到 3kgcm）
- 1 个普通伺服器；（3.5kgcm 太小，6-8kgcm 更好）

所有伺服器都需要是数字的。模拟太弱而且太不稳定；

- 3 608 轴承
- 1 624 轴承
- 1 个橙色超级 led（3W 或 1W）作为眼睛（我使用调低的 3W 以减少热量积聚）；
- 1 个用于头部 led 的散热器；
- 很多很多的电线，其中大部分是黑色的；

绘画材料：
- 干湿砂纸（约 600 粒度）；
- 各种尺寸的画笔；
- 塑料底漆；
- 填充底漆；
- 缎白色和黑色油漆；
- 遮蔽胶带
- 铁丝

最重要的是，大量的时间。

## 步骤3：开始打印

首先，你需要开始打印。你可以从我的网站下载所有需要的部件：

我在下载中放入了两个 zip 文件，一个用于移动臂，一个用于固定臂。

我已按照设计打印时的方向调整了零件的方向。如果您找到更好的打印方式，可以随意旋转它们。您需要：

4 个环开口 + 顶盖
2 个环扇入 + 顶盖
2 个环扇出 + 顶盖
1 个底座
1 个安装板
1 个斜齿轮 2M 10T
1 个斜齿轮 2M 17T
1 个主枢轴管1 个主枢轴
后部1
个主枢轴内部部件
1 个移动臂
1 个旋转
1 个头部1 个
推杆头1 个
大推杆1 个
伺服夹
1 个左上角接线块
1 个右上角接线块
2 个小接线块 1 个 2 个小接线块
2 个 1 个大接线
块 1 个 1
个大接线块 2 个

你需要打印40到60个小时才能完成所有部件。此外，你需要2到3公斤的材料来打印所有部件。我不得不想出一个糟糕的办法，仅仅1公斤的材料根本无法打印所有部件。

重要提示：如果线轴太大，无法安装在标准线轴支架上，您可以使用一个盒子和一根杆来制作您自己的定制线轴支架。

## 步骤 4：（可选）打磨、涂底漆并喷涂零件

为了让你的 GlaDOS 看起来更加惊艳，你需要对打印好的部件进行打磨和上漆。这将去除大部分可见的打印线条，并赋予所有部件正确的颜色。

首先，打磨或锉平 3D 打印机打印出的线条。这样可以更容易地用填充底漆填充最后的粗糙点。此时，你不需要将部件打磨得非常光滑，填充底漆可以做到这一点。你只需要将最粗糙的部分修整一下。

打磨完成后，你需要遮盖所有不需要上漆的地方。对于底漆来说，上漆的位置其实并不重要，但我希望部件内部保持清洁。

将所有部件上的油脂去除，然后涂上塑料底漆，以确保后续各层能够牢固粘合。填充底漆可能无论如何都会粘在部件上，但为了确保万无一失，最好还是涂一层塑料底漆。你只需要涂一层薄薄的塑料底漆。部件的光滑度将由填充底漆完成。

接下来，你需要涂几层填充底漆。你可以在特别粗糙的地方多涂一层，这样就能有更多的填充物来使部件更光滑。

接下来，你需要将填充物打磨光滑。我使用了湿磨，因为这样可以使表面更光滑。在看到印刷品之前不要打磨。如果打磨得太深，它看起来会再次变得粗糙。

重复填充和打磨，直到达到所需的光滑度。

上色需要白色和黑色油漆。GlaDOS 不是黑色的，她是一种黑色（或者对于我们当中肤色较白的人来说，是一种非常深的灰色）。要调出灰色，需要将大量的黑色油漆和少量的白色油漆混合。你只需要将颜色稍微调浅一点。1:10 或 1:15 的比例就可以了。只需不断添加少量的白色油漆，直到颜色合适即可。如果你试图一次性调出灰色，它最终可能会变浅，而调深比调浅要难得多。

我先涂白色，因为黑色比白色更能遮盖白色。我还在图片中添加了一些渲染图，以便让您了解哪些部分应该涂上什么颜色。

## 步骤5：组装底座

使用 M8 螺栓和几个垫圈将两个 608 轴承压入底座。您可能会听到底座轻微的裂纹。轴承需要紧密配合，但不需要卡住。如果空间太小，请稍微锉平孔以腾出更多空间。

使用 4 个小螺钉将圆形伺服板拧到大型驱动齿轮上，组装驱动齿轮。

修改伺服器以使其适合。由于某些设计错误，常规伺服器需要将电线从底部出来。取下后盖并锉平开口，以便电线可以从背面出来。由于伺服器是固定的，因此不需要应力消除。

将伺服器放入底座。底座上有安装伺服器的孔。

将 40mm 风扇安装在 2 个环形件中，每个环形件用 4 个 M4 沉头螺钉固定。我用的风扇是自攻的，所以不需要螺母。风扇将保持空气流过 LED。

通过在所有环形件的开口中放入 8 个螺母，将环形件添加到底座上。 8颗M4圆柱头螺钉将环形件固定到底座上。

将LED灯串成四组。LED灯需要串联才能为驱动器供电。将两组4颗LED灯串连接起来，组成一个8颗LED灯串，串联连接。两组LED灯串在底座上相遇两次，一次连接起来，一次连接到电源。

将LED灯放入环中。我用环氧胶将LED灯固定到位。

在LED灯背面添加散热器。用大量导热胶将散热器粘到LED灯上。

测试LED灯，确保它们正常工作。你肯定不想在关闭环后发现有些LED灯不亮吧。（实际上，我从未遇到过这种情况）

用M4沉头螺钉将所有顶盖固定到位。螺钉会自动敲入环中。螺钉几乎不受任何力，因此不需要螺母。

再次测试。你永远无法确定。

基地现在已经完工了。

## 步骤 6：组装 GlaDOS 主体

将 2 个 M8 螺母粘在管子上。使用大量强力胶水（例如双组分环氧胶）将螺母粘在管子上。这些螺母将承受灯的全部重量。

用 2 个 M4 螺母将管子固定到背面，并精确切割成合适的尺寸。

将圆形伺服板安装到旋转装置上。小心不要弄坏部件。您可能需要钻孔，以便螺丝几乎不会卡住。这部分很脆弱。

将接线 LED 放入头部（仅当您希望眼睛亮起时）

将散热器安装到眼睛 LED 上。这只是一项预防措施。眼睛的供电功率仅为主灯的一小部分。

将推杆安装到头部伺服装置上。当伺服装置已经粘好到位时，您不需要安装这根推杆。

将伺服装置放入（并粘上）旋转装置中，

将大推杆安装到底部伺服装置上。

使用伺服夹将伺服装置安装到移动臂上

将另一个伺服装置放在底部并固定旋转装置。伺服装置需要“倒置”以使移动臂和旋转装置对齐。

用螺丝和少量胶水将旋转装置固定在底部。

将接线盒放在旋转装置上，盖住螺丝孔和接线盒的安装孔

。用2个自锁M3螺母和2个M3沉头螺丝将头部安装到旋转装置上。

用一颗小螺丝将头部推杆固定在头部上。

## 步骤 7：连接组件

如果您不想为基座下方的任何系统供电，可以跳过此步骤。

不过我建议在背部和活动臂之间放置电线。在游戏中，那里显然有电线。

要使这个手臂工作，您需要将电线从基座穿过内部结构，穿过背部到达活动臂。从这里它可以延伸到 3 个伺服器和眼睛。总共需要从上到下 11 根电线。大多数电线是黑色的，但有几根电线是黄橙色的。

我在内部结构和背部之间放置了连接器。也可以在那里焊接电线，或者更好的是，只要使用足够长的电线即可（当您回头看时，一切都似乎更合乎逻辑）。

此时，您可以将背部连接到内部结构，将内部结构连接到活动臂。您现在有一个完整的手臂。

## 步骤8：整合

将电源的主电源侧和 LED 驱动器连接起来。这样，风扇就会和灯一起打开。

你是有脑子的，好好利用它吧。对于这盏灯/灯臂对你或他人以及你周围环境造成的任何伤害或损坏，我概不负责。如果你不知道自己在做什么，电流会致命的。

！！我强烈建议不要改装电源。我需要这样做才能让一切都合适！！试着找到一个合适的电源。

把所有的电子设备放在底座上。检查电线是否短路。

把灯臂安装到底座上。把螺纹杆穿过底座，然后拧上几个螺母。根据你打印的灯臂类型，你需要在螺纹杆的顶部添加一个齿轮。

将安装板安装到（最好是你自己的）天花板上。我修改了安装板的设计，这样就可以在物理上拧入螺丝。我花了将近两个小时来安装我的灯。

连接电线，然后将灯安装在安装板上。现在你应该有一个可以正常工作的 GlaDOS 灯了。恭喜，你的生活现在更加精彩了。

## 第 9 步：享用

如果你无法享受其中的乐趣，那么投入如此多的精力也毫无意义。

真可惜，我原本希望现在这只手臂已经能正常活动了。但房间里却有火灾隐患，这可真让我感到不安。安全至上。不过，我还是用它装了一盏很棒的灯。

它完全可以照亮我的房间，比我之前在商店买的灯还要亮。我只等着这盏灯能带来什么笑话了。

## 第十步：最后的想法

很多事情都不如我预期，光是这些课程就能写满一整本教学手册。

我面临的最大问题是时间严重短缺。这个项目从开始到完成花了我一个月的时间。如果我再多花几个月时间，结果会好得多。我当时急于参加UP!比赛。没有测试电子设备是我犯下的更大错误之一。如果你的机械臂已经进入最终组装阶段，而距离截止日期还有两天，却发现组件根本无法承受功率，那真是糟透了。我从来不喜欢做实验装置，但这些电子设备即使以我的标准来看也太疯狂了。8个3W的灯泡可能有点过头了。这足以照亮一个两倍于我房间的房间，但仍然太亮了。1W的灯泡可能是更好的选择。当我重新组装它时，我可能会把3W的灯泡换成1W的灯泡。1W的灯泡只能发出一半的光。

使用最便宜的伺服电机真的让我很失望。所有能动的部件要么强度太小，要么摇晃不稳。我没时间订购合适的伺服电机，即使订购了，我可能也会买些便宜的伺服电机。等我用合适的电子设备重新组装机械臂时，我肯定会升级伺服电机。

很多事情缺乏计划导致我严重误判。如果我模拟了这些部件，我就会发现1公斤不够，而且打印这些部件需要不止一个周末和一台打印机。此外，如果我事先计划好一切，我就能算出喷漆需要超过一周的时间。事情可能仍然没有完全按照计划进行，但这个项目中的很多大问题本来是可以避免的。回想起来，我几乎后悔当初开始这个项目。但我并不后悔，因为即使我没有达到最初的成果，我仍然拥有了世界上最酷的台灯之一。而且，大多数经验教训都是在犯错中汲取的。如果你犯了错误，你并没有失败，你只是找到了避免犯错的方法。

下图中展示了一些老旧部件，如果没有 GlaDOS 控制器，它们就无法使用。

## 步骤11：我该如何让它动起来

毕竟大家对这盏灯很感兴趣，而且我已经计划好了继续制作的时间。我已经开始实施一些必要的修复。所以别担心，我还没有放弃希望，正在努力让它继续运转。

需要修复的问题如下：
7805 电压调节器从室温过热到熔岩的速度比...还快，我甚至不知道对此有什么好的参考；
大多数（所有）伺服器都太弱了；
基地内有些部件太薄弱；
电子设备无法装入底座。
7805 有一个简单但不切实际的解决办法。插入 PC 电源。电源是电子世界的铁锤。如果他们不解决电源问题，就会开始尖叫和原地打转。

为了解决伺服问题，我订购了 dededent 伺服器。其中一些差点在《哥斯拉》中使用。这时我发现模拟伺服器真的不行。改用数字伺服器。我还没有收到所有的伺服器。但我已经测试了底座和主臂中的伺服器。主臂现在可以正常工作了。底座中的齿轮需要一些工作。

在底座中，齿轮会散开并跳动。此外，齿轮的传动比允许手臂以惊人的速度旋转。我重新设计了齿轮，使它们的传动比为 1:1。我还添加了防止齿轮散开的零件。齿轮组件现在需要 3 个打印零件、1 608 轴承、1 624 轴承和一个 M4 螺钉。对于底座本身太弱，不要担心。我稍微加固了（或者将要加固，取决于你什么时候读到这篇文章）一些部件，但大多数断裂是由于打印机设置错误（我的情况是 PLA 的旧固件）。其他部分打印得更坚固。

此外，我还重新设计了底座，为底座外部的所有设备供电并进行控制。这解决了一个荒谬的空间问题，实现了更好的冷却，并使更换组件和电子设备变得更容易，更不用说在 arduino 上上传会容易得多。缺点是底座上有电线，它不再是独立的了。

我确实让每个轴都随着控制器移动。因为控制器侧和灯侧都有 3 米长的电线，所以面包板包含的只是电线和电容器。每根到某处的电线都连接到一个电容器。它们中的大多数都有帮助。

项目快照

附录

项目链接：http://ytec3d.com/glados-lamp/
项目作者：荷兰 龙战士（dragonator）
3D 文件：https://ytec3d.com/wp-content/up ... -files-29-06-14.zip
https://ytec3d.com/wp-content/up ... ados-controller.zip
项目视频：https://www.youtube.com/watch?v=QCsiBLz6qqo&t=4s