【Arduino 动手做】Sparky：开源人形机器人

我对制作机器人的热情引领我踏上了网络探索之旅。一路上，我接触到了许多人形机器人设计，它们虽然令人印象深刻，但往往价格不菲，或构造要求复杂。这一发现激发了我一项新的计划——Sparky 的诞生。这是一款开源人形机器人，它秉承了经济实惠的理念，同时又不失创新性。

Sparky 的设计充分考虑了易用性。它专为对机器人技术感兴趣但缺乏高级经验的人们量身定制，借助 3D 打印机，这个项目将变得真正可行。这项至关重要的工具赋予了新手力量，将复杂的概念转化为切实可行的现实。作为一名高中生，我想要一个价格实惠的平台来搭建，而 Sparky 正是为此而设计的。

这款创新产品不仅价格实惠，Sparky 还具备强大的多功能性和适应性。它集成了机器人操作系统 (ROS)，能够轻松进行通信和导航。XBOX 360 Kinect 传感器的运用，使 Sparky 能够进入自主导航领域，标志着其功能上的重大进步。

即使对于那些初入机器人世界的新手来说，Sparky 也向他们伸出了热情的双手。通过使用 Hiwonder 24 通道数字伺服控制器，初学者可以无缝地对机器人进行编程，轻松启动其动作和操作。

## 补给品

由于该项目是针对具有一些机器人技术经验的人，因此您需要的工具和耗材如下：

Arduino 板（可选）
电压表模块
摇臂开关
Hiwonder 24数字通道伺服控制器（方便初学者控制）
4 x 数字伺服器 80kg 金属齿轮
4 x 数字伺服器 60kg 金属齿轮
5 x MG996R（20kg齿轮伺服器更好）
升压模块
16个LED
跳线
烙铁
热胶枪
强力胶
5-6卷3d PLA长丝
3D打印机（Cr-10或Ender 3）
PVC管
废木料或木材作为底座
高扭矩直流电机
l298n电机驱动器

## 步骤1：3D打印

在 3D 打印零件时，如果您可以使用具有更大 12 英寸 x 12 英寸构建板的打印机，那将是无缝打印的理想选择。但是，对于使用 Ender 3 或构建板较小的打印机的用户，仍然可以按照以下步骤成功打印零件：

分段打印：由于较小的构建板有局限性，因此考虑将较大的部件分解成可放入可用空间内的较小段。

切割钢部件：如有必要，切割任何钢部件以适应较小的打印床尺寸。

分块打印：单独打印每个分段部分，确保它们适合较小的打印床。

用粘合剂组装：打印完成后，用强力胶小心地将打印好的部件粘合在一起。为了确保粘合牢固，可以用烙铁轻轻熔化接缝处的塑料，使它们牢固地熔合在一起。
策略性粘合：虽然大多数部件可以粘合在一起，但车身仍需单独固定。这样您可以稍后添加锁定装置，方便拆卸，以便进行调整、接线和运输。

## 第 2 步：接线

在接线方面，Hiwonder 24 通道数字伺服控制器为初学者提供了便捷的机器人编程途径。使用此控制器，用户可以定义预设功能，然后使用 PS2 手柄执行这些功能。

对于技术水平更高的创客来说，可能性更加广阔。经验丰富的创客可以探索语音控制​​交互，甚至可以通过 ROS 和 Raspberry Pi 集成实现完全自主控制。

在电源方面，我倾向于使用 3s 5200mAh 锂聚合物电池或 6s 迷你汽车电池。这两种选择都很有效；然而，必须加入 DC-DC 降压转换器，才能使 Hiwonder 伺服控制器达到 6-12 伏的最佳电压范围。

对于选择使用 Arduino 或 Raspberry Pi 的用户，需要遵循特定的电源策略。建议为伺服器提供专用电源，同时为 Arduino 或 Pi 提供 5 伏电源。这种双管齐下的方法可确保每个组件在其电源参数范围内高效运行。

本质上，布线决策提供了一系列可能性，可满足不同专业水平的需求。无论您是编程新手还是经验丰富的创客，这些选择都能为您的机器人提供可定制且高效的电源分配。

## 步骤3：组装手臂

将夹爪组装到机械臂上时，关键步骤是改装 MG996R 伺服电机。这需要打开伺服电机，在电机后部钻孔，然后插入一颗 M4 螺栓。此外，安装夹爪的手指即可完成整个组装过程。

接下来是肘部组件，你需要 3D 打印电机支架。打印完成后，用热熔胶将其固定在坚固的 60 公斤伺服电机的背面。这种巧妙的连接方式为伺服电机提供了两个固定点，方便前臂的无缝连接。

对于负责旋转运动的前臂上段，需要进行特殊的修改。伺服器喇叭附近的塑料区域需要进行修整和打磨。这一操作可以赋予圆形喇叭更大的活动自由度，使其能够不受阻碍地旋转。

通过这些细致的步骤，夹持器、肘部和上前臂部分最终整合成一个功能齐全、协调一致的手臂组件。每一次调整都会提升手臂的精度、强度和运动范围，确保其在机器人中高效运行。

## 步骤4：头部组装

机器人头部的设计从 Reachy 中汲取灵感，同时融入了更大的眼睛和富有表现力的耳朵等独特元素。

在制作头部组件时，我们对各个部件都格外用心。值得一提的是，LED眼座可添加LED灯，赋予机器人更具表现力的眼神，从而赋予其个性。这使得您的机器人能够通过眼神传达情感。

此外，颈部组件引入了一个巧妙的颈部支架，可以牢固地插入颈部，为伺服器提供一个稳定的连接点。这一创新解决方案确保颈部关节既可靠又流畅。

为了将舵机与机身无缝集成，精心设计的舵机盖必不可少。该组件可作为舵机的固定平台，方便其牢固放置和固定。固定到位后，舵机盖会通过巧妙地涂抹热熔胶进行进一步加固，从而有效地将其固定在指定的机身插槽内。

本质上，头部组件融合了 Reachy 的既定设计原则和一些兼具美感和功能性的创意元素。通过对每个元素的仔细考量，该组件不仅确保了机器人头部的表达力，还确保了其机械强度。

## 步骤5：轮距

构建轮座：为您的机器人奠定坚实的基础
制作轮子底座时，需要智慧和机智。以下是我利用手头现有的材料为我的机器人制作坚固轮子底座的方法。

从废木料和高扭矩直流电机开始
我在工作室里翻找，找到了一堆废木料，它们成了我轮式底座的基石。我用这些回收材料搭建了底座结构。在底座的两端，我分别连接了高扭矩直流电机。这些电机是驱动机器人的动力源，它们有望为我的机器人提供强劲的动力。

橡胶轮和抓地力保证
为了确保运动平稳可控，我为每个电机配备了橡胶轮。这些轮子既有牵引力，又具有机动性，是我高扭矩直流电机的完美搭档。这种组合保证了灵活灵敏的运动体验。

利用 PVC 支撑提高稳定性
意识到稳定性的重要性，我添加了一层额外的加固。我使用了 PVC 管，将其穿过机器人的核心。这一巧妙的附加设计增强了轮座的结构完整性，使其足够坚固，能够应对各种地形和挑战。

使用 L298N 电机驱动器简化接线
为了实现和谐协调，我选择了 L298N 电机驱动器来管理复杂的电机控制。这一选择不仅简化了布线，还为高效控制直流电机奠定了基础。L298N 电机驱动器与 Arduino 配合使用，为无线和有线连接选项打开了大门。

利用在线资源寻求指导
组装这个复杂的网络听起来可能令人望而生畏，但网络上却充满了各种资源，随时准备提供帮助。这里有大量的教程和指南，可以帮助您集成 L298N 电机驱动器和 Arduino。这个协作知识库简化了流程，让创作者充满信心。

## 步骤6：编程：Hiwonder伺服控制器
Hiwonder 伺服控制器提供对伺服电机的多功能控制，让您能够创建精确的运动和序列。本指南将引导您了解其主要功能，包括手动控制、记录动作以及集成 PS2 手柄。

手动控制
启动软件界面后，您会看到与伺服电机通道对应的滑块或输入控件。通过调整这些滑块，您可以手动控制每个伺服电机的位置。这对于设置特定角度和观察即时运动特别有用。

记录动作
Hiwonder 伺服控制器的突出特点是其动作记录功能。这使您可以创建一系列动作并保存以供日后使用。

记录动作：在软件界面内启动记录模式。
执行动作：操纵滑块来引导伺服电机完成所需的运动顺序。
保存动作：一旦满意，停止录制并使用描述性名称保存动作。
动作文件：保存的动作包含伺服电机位置的时间戳序列。
重播操作
加载先前保存的动作可使伺服控制器重新创建记录的动作。

加载动作：使用软件界面打开已保存的动作文件。
执行运动：伺服电机将复制记录的位置序列。
应用：此功能对于自动执行重复性任务或实现复杂的、精心设计的动作非常有用。
集成 PS2 手柄
为了获得更具互动性的体验，Hiwonder 伺服控制器可以与 PS2 游戏控制器集成。

连接 PS2 控制器：建立 PS2 控制器和伺服控制器之间的连接。
控制映射：在软件界面内，将 PS2 操纵杆移动和按钮按压分配到特定的伺服电机位置。
PS2 控制：成功集成后，您可以使用 PS2 操纵杆和按钮操作机器人的动作。

## 步骤7：驱动系统

车轮电机采用 AndyMark NeveRest Classic 60 齿轮电机
然后，电机连接到 L298N 电机驱动器，然后连接到 Arduino。
它使用蓝牙模块并连接到 Android 手机上的 RC 汽车应用程序，由于我是 Apple 用户，所以我不得不购买便宜的阿尔卡特手机（50 美元），这样我就可以使用蓝牙模块

附录
项目链接：https://www.hackster.io/tanishth ... manoid-robot-8d7536
项目作者：塔尼什·穆拉利·雷迪（我是南福赛斯高中的一名学生，对机器人技术充满热情）
项目视频：https://www.youtube.com/@tanishboss9449
项目代码：https://github.com/TanishReddy/Sparky
3D 文件：https://www.thingiverse.com/thing:6192482