六足机器昆虫-你的下一个足式移动机器人 | 科学人 | 果壳网 科技有意思
六足机器昆虫-你的下一个足式移动机器人
单片机 舵机 足式机器人 六足机器昆虫-你的下一个足式移动机器人
本文作者:PVCBOT.net
DIYer:PVC_Robot
制作时间:数天至一周
制作难度:★★★★★
GEEK指数:★★★★★
偶然的机会，在网上看到这张图片，于是自己也有冲动作一只出来。
为了做出这个东西，自学了单片机，加上自己软件开发的基础，以及过去做模型积累的一些动手经验，有了后来的这个机器昆虫。
当然最后实际出来的东西，样子上和现在这个图片相去甚远，性能上也一般般，没办法，业余的，水平有限嘛。
○ 关节和基础结构的制作材料——PVC线槽。
采用PVC线槽的原因是取材容易、价格便宜，一般的五金店都有卖，而且便于加工、强度和重量都合适。
○ 其他材料,详见作者
● 在作者的
里，有关于工具的详细介绍。
● 把PVC线槽切成关节的形状。
● 这是6只大腿的横向关节，弄好后才发现，全部都是一样。其中3只要重做，应该是两两对称的。
● 重做之后的6只关节。
● 考虑尽可能的缩小体积，所以采用的是2.5g微型舵机，6只脚每只3个关节，总共18个关节，也就是18个舵机。（因为数量比较大，这个花费还是比较多的，有点心疼）。
● 把舵机尝试安装到关节件上。
● 进一步打磨修饰关节件。
● 还可以看到PVC线槽上的标号（这个最后换掉了）。
● 完成后的6只大腿的横向关节件。
● 大腿横向关节上的舵机已经装好。其中一个舵机连接主躯干，另一个连接大腿的纵向关节。
● 主躯干也是用PVC线槽做的，连接上6只大腿横向关节。
● 关节舵机与躯干是靠舵盘连接的，舵盘是用自攻螺丝固定在躯干上。中间有一个洞是用来给自攻螺丝最后总装时固定嵌入的舵机主轴的。
● 来一个远景，看到一点加工的现场。
● 为了更牢固，并减轻重量，每个舵盘的固定螺丝由2颗大号的自攻螺丝改为4颗1.2mm的带螺母的小机牙螺丝。
● 另外，关于大腿纵向关节和小腿关节的图片，其实都差不多，只是形状有不同，但是由于中间忘了拍照了，所以这里就省略掉了。
● 完整组装好的机械结构，有点样子了。
● 主躯干、大腿横向关节、大腿纵向关节、小腿关节，都是PVC线槽做的。18个关节的舵机也全部装好。（换了一个LED背景灯光，照片有点重影）
● 本来躯干上固定舵机舵盘的螺丝都是螺母在下面的，但是因为选择的螺丝长了一点，往下装会影响底部舵机的旋转，所以改为螺母向上装，虽然是看起来是难看一点。不过后面会在躯干上再装上电路板挡住一点，相对就好一些。
● 控制电路的核心采用AVR单片机的MEGA16芯片，考虑到体积，同时也想有点挑战性，没有直接用现成舵机控制板，而是用核心板准备自己写舵机控制程序。
● 初步完成基本电路的安装，连接电脑烧录程序，进行简单的舵机控制的调试。
● 确定舵机动作幅度所需要的PWM频率时，用到了
● 除了通过USBASP连接电脑之外，电源也暂时是外接的电池组。
● 编好固定动作的程序，烧录到电路上，进行简单的动作调试。
● 来一个“张牙舞爪”的动作。
● 很酷吧，不过肚子还是趴在桌面上的（肚子下面是电池盒以及6只大腿横向关节）。
● 再来一个动作“缩成一团”。
● 这个动作的名字起得不怎么样，还是靠肚子顶住桌面的。
● 这是俯视图。
● 各位观众，接下来是关键的一个动作——从趴着的状态下自行站起来。
● 它站起来了！没错，它完全靠自己的力量站起来了！
● 虽然有点艰难，站起来后还是有点歪歪扭扭的，但终究是站起来了。（开始一直担心舵机的力量不足，不能自己站起来……）
● 站起来后的俯视图。
● 舵机的力量确实不足，小腿必须是直的（斜的话撑不起来）。而且虽然站起来了，但是舵机由于力矩偏小，还是有点吱吱的抖动。
● 这还没有装上电池，希望加上电池的重量后舵机还能顶住。
● 本来希望把舵机和单片机的电源完全独立分开，以避免干扰，最后是只用了一个组电池：舵机直接接电池，单片机通过稳压电路连接同一组电池，实践证明中间的稳压电路还是能够很好的实现抗干扰的隔离功能。
● 舵机供电，开始曾经考虑过用2节5号镍氢电池通过一个DC-DC大电流升压板的升压到5V给所有舵机供电，经实验后发现完全行不通——18个舵机需要的电流太大了，最后只能考虑直接用2节3.7V的7号锂电串联起来供电。
● 翻过来，可以看到底部的电池。
● 单片机供电，本来考虑采用一节7号镍氢电池通过一个块微型DC-DC升压板升压到5V，为缩小体积后来也考虑过用3V的CR2032纽扣锂电升压，但实际调试后发现电流也较大一下子就耗光电池了。最后是用一块7805稳压小板直接接到2节锂电上获得5V电压。
关于微型升压板：
● 给电路上加上了几个控制开关（总电源、舵机电源、单片机电源、单片机复位）。
● 接USBASP的10Pin插座也固定在了顶部的线路板上。
● 另外顶部的电路板留了一些位置，准备以后接传感器用的。
● 侧视图，可以看得到屁股后面的带散热片的7805稳压芯片。
● 把2节7号的锂电池都装上，在全重状态下，也能简单的站起来。
● 终于松了一口气，虽然还有一点抖动，但终究是能够独立站起来的。
● 照片有点模糊，可能是自己有点激动，拍照的时候手抖了。
● 18只舵机，耗电还是比较大的，所以再加装了一块电池的电压监控板，可以实时看到锂电的电压变化情况。
● 与一个香烟盒对比大小。
● 接下来的工作还是在继续调试程序控制动作，最终考虑加上一些传感器并支持用红外或者蓝牙进行遥控！
● 原来的腿结构是直接对照原型CG图的，可能是为了美观忽略了实际的机械性能。
● 但是现在，为了动力更足，为了舵机的寿命，也顾不得保持原来的芊芊细腿了，于是决定对腿的机械机构进行加固——该肥还是让它肥一点吧，健康最重要，嘿嘿！
● 这是加固之前，腿各关节都是直接单边固定舵机的舵盘，有点单薄，力量分布不均衡支撑起来不是很稳，对舵机的压力有点大，长时间开机容易损坏舵机。
● 加固之后：按照传统的机械结构进行加强，即舵机的另一边也增加固定的支撑轴，以确保受力平衡。
● 所有关节的舵机都加上外套，并在另外方向延长出一根螺丝作为固定轴。
● 在底部的大腿纵向关节，加上一块底盘。
● 正视图，所有关节结构都有所增强。
● 底部特写。加固了所有关节，并加大了锂电容量。
● 启动，自行站起来。
● 锂电池的电压是7.4V，而舵机通常的最高电压是6V。为了保护舵机延长其寿命，可以串联两个硅整流二极管用来降压。每个二极管可以降压0.7，两个降1.4V，刚好可以把7.4V降到6V。
● 由于18个舵机一起电流非常大，一般的硅二极管功率不够，干脆用了一个整流堆D25XB的其中两个二极管。
● 增加了两个LED发光二极管。红的指示总电源打开，绿的指示舵机电源打开。
● 后视图，蓝灯是单片机供电指示。
● 正视图，蓝灯为单片机核心板上的指示灯，红灯为总电源指示灯。
● 在设计行走步态的时候，发现了一个严重的问题，就是支撑腿的力量还是不足——主要是由于追求小型化而采用最小型的2.5g舵机，由于舵机力矩不足，导致支撑腿力量不够，静止站立的时候还勉强，但在行走时就经常发生“腿软”现象。
● 为解决这个问题，曾经一度想要换成大一点的9g舵机，但是一旦那样的话由于尺寸会大很多导致机械部件基本都需要重新制作，那样不异于重新做一个新的了。再三思考，想到了把所有的机械腿都缩短，也就是减小力臂的长度，从而降低对舵机的压力。
● 经过重新设计试验，把所有的腿都缩短了，虽然难看了不少——“短腿了、不再高挑”，但是确实解决了“腿软”的问题，也基本确定机械部分的定型。
● 模仿昆虫来设计步态，初步实现了行走。动作还是有点生硬，而且步子太小，移动速度还是有点慢，走直线还不够直，仍需继续完善。
● 背景声音中有节奏的“咄——咄”声，其实是因为步态还有点生硬，脚触地瞬间敲打桌面的声音，如果是地板就不会有这样的声音。
● 这段里面有我们家旺财，它瞄了一阵这只奇特的怪物，有点害怕的走开了，呵呵~
观看各角度的
● 最初的这个行走不够自然顺畅，但是看起来还蛮有节奏的，而且还有“跺脚”的“咄咄声”，就像跳踢踏舞一样，姑且定名为“踢踏舞步”吧，呵呵。
● 对踢踏舞步进一步调整，发现要实现很自然的行走还是有难度的，暂时也只能做到稍微再把速度加快一点。
● 把左右两边的６只脚分别编号，一边是单号，即1、3、5，另一边是双号，即2、4、6.。模仿六足动物行走，两组脚，每组3只（一边的2只加另一边的1只，即1/4/5和2/3/6），两组脚交替抬起向前摆动，根据三角形的稳定性，同一时间都确保有一组脚（3只）是着地的。
● 原来是只有在腿放下往后摆动的瞬间，整体是往前进行一次移动，为加快速度，现在在脚前摆的瞬间，后脚同时增加了一个向后蹬的动作，即多了一个时间点向前移动。因此整体行进速度快了一点。
● 不过，即便如此，整体动作的协调性还是和真实动物的动作差远了，主要原因还是在于调试比较复杂，而且舵机动作的精度还是不够。暂时也只能先这样，先调试好动作就增加动作的自动控制之类的，至于动作协调性完善等以后有精力和条件再慢慢弄吧。
有闲又对机器人感兴趣的同学，不妨从这里着手。制作上遇到什么问题都可以向作者提问，有什么想法也欢迎去作者的博客讨论啊。
编辑：Rainy
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太强了，模仿不了
哈哈哈，短腿的太好玩了
我有一个全铁制的，好久没玩了
不错是不错,但太复杂了,
果壳网心事鉴定组编辑，科学松鼠会成员
大家起得可真早啊！
metal gear
启动的时候六只小短腿一下子伸直的时候太萌了！
植入中南海广告……
作者的博客真不错，适合初学者
羡慕啊，学习中，定的材料周六就到了，呵呵
强啊…………脚底可以加上胶垫，增加摩擦力，又能减小噪音
最新版的脚底确实是加上了胶垫　^_^
太强了。。
引用 Luna3.0 的回应：植入中南海广告……这个嘛……
强啊，模仿不了，偷拍利器啊。
这程序遍起来会不会很麻烦啊，还有我有个建议楼主再加上几个红外线测距的，让它可以在遇到障碍物的时候绕开就更完美了，不过这样的话程序就更难写了吧。。。
程序写起来有点麻烦，是要加上红外测距 ：）引用 Christopher 的回应：这程序遍起来会不会很麻烦啊，还有我有个建议楼主再加上几个红外线测距的，让它可以在遇到障碍物的时候绕开就更完美了，不过这样的话程序就更难写了吧。。。
DIY爱好者，物理控
牛C啊。。。。。。我发誓要学好单片机。。。。。。。。。。。。
刚接触，很感兴趣。但有疑问：开始就接触如此复杂的会不会打击信心？
引用 dudu_dou 的回应：刚接触，很感兴趣。但有疑问：开始就接触如此复杂的会不会打击信心？那先来点简单的，看我的博客，从零开始：
这个超级复杂，感觉比较棘手啊。
Robot 高手，能不能把你的编程做个范本展示下
求详细教程
这个很厉害
我正准备做一个！！！！舵机电流多大？？功耗多大？？？
犀利 真像做一个
引用 残月如刀 的回应：我正准备做一个！！！！舵机电流多大？？功耗多大？？？舵机电流标称是100-200mA吧，18个照算了。
对楼主的膜拜之情，如滔滔江水……（一下省略一万字）
==瞄了眼我桌上。。。摆着两个一摸一样的舵机。。。表示压力很大。。。话说舵机就有18*15=270块了吧。。。
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◇本站云标签串二极管降压问题_百度知道
串二极管降压问题
四个LED串联成1电路,电源电压不变,此时,可以串多一个二极管,此时电流为50mA,又或者不串二极管,而是串一个适当的电阻,此时电流也为50mA,好像总的功率=50mA*电压,即不论是串二极管还是串电阻,总功率不变,但实际上感觉串电阻时,电阴发热量很大,而串二极管几乎感觉...
谢谢各位的热心,是恒压的电源,现在是4个LED,需限定电流,实测串二极管可以降低电流,串个电阻也可能达到降低电流的目的(电阻大小在此不讨论,当是理想情况下,刚好和串二极管时的电流一样大)
我有更好的答案
首先确定电源是什么电源。有一种用电容降压给LED供电的电源实际上在一定电压范围内可看成“恒流源”。楼主的电源好象是“恒流源”。对恒流源来说电流基本保持不变，而当负载变化时电压是变化的。楼主有没有量一下电压？对于恒流源，串联二极管和电阻的区别在于它们的压降，串联一个二极管它的压降是有限的（硅二极管在50mA时是0.7V左右，照明LED也只是3-4V），二极管上的功率最多只有几百毫瓦；串联一个1K的电阻，电阻上的电压就是50V，功率就是2.5W，发热量远大于二极管的发热量，电阻的发热量与电阻值的大小有关。对于恒流源给LED供电不需要串联电阻，串联电阻只有白白浪费能量；对于电压源供电才需要串联电阻进行限流。所以首先要确定供电电源的类型。补充：如果在50mA左右的电流，串联一个15欧姆左右的电阻起到的作用和一个硅二极管差不多（约0.75V).
采纳率：65%
这就是你的误解了，（而LED的电阻照说不变）这句是有问题的，实际上led绝对是有变化的，你可以看看关于二极管（正向压降）或稳压二极管的陈述，LED事实上全名是LED二极管，是二极管的一种，具有横压的作用，一般电压是在1.7v，通常是要接限流电阻的，led电阻变了，分压比不一样，功率会不变吗？仔细想想，不要照说
你可以这样实验一下，把电阻功率变大，二极管电流变小。比如以前是1/4W现在改为1W电阻,以前是4007现改为4148二极管。结果可能会反过来。我的意思是二极管和电阻上消耗的能量一样多，由于他们能承受功耗不同，最后表现出来的温升就不同。 ........................................电阻上消耗的能量几乎都来发热，二极管上消耗的能量却不是，
我不能解释。
我的理解，用在击穿二极管中的PN结 ,还有发光二极管中的光能
能量是不可能无端消失的，我认为发光二极管在正向导通时还会有电阻存在的，所以消耗了
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我想给机箱风扇串联级个二极管来降压，二极管哪里容易找？
999浏览 / 10回复
&听说电阻不理想，发热很严重，都说二极管好，但是我们这里没这些卖，那我从哪里容易取得？那些坏了的U形灯管或者灯管的整流器有吗？好久没折腾了，.
2元钱买一根减速线 多简单。
接电源红蓝7V左右
错了是红黄
减速线好像就是50欧的电阻吧，不过很大就是了。
软驱供电接口现在一般都不用,用粗点的电话线两头一捅,接黄、红线,+12v—+5V为7V，不用减压。
节能灯里有，你可拆之
对 楼主 夏烧雅是我老婆 说：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝节能灯~~日光灯，电视机，功放，开关电源，手机充电器。等等
几乎所有的电路板上 都有，摘一个用就是了，只要你能认得就行了
那东西卖电子元件的地方都有呀,比如IN4007一包(100个)才几块钱.每串一个降低0.6V左右.
二极管的结电压是0.6-0.7v，一个二极管只能降0.6v左右，弄个三端稳压器
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其他第三方号登录2节纽扣电池给5v单片机供电==www.ic37.com
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&&&当前位置：
2节纽扣电池给5v单片机供电
用户名：guoyt
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2节纽扣电池给5v单片机供电
用户名：guoyt
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稳压也是采用稳压管，能量不是浪费在电阻上了吗？谢谢
用户名：hanwe
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楼主详细说说
用户名：wangzsa
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如果要求不高，串二极管就行了。反正，你这里7805是用不了
用户名：guoyt
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转速光电检测、lcd显示，由于体积限制，需要采用小体积电源。拟采用2节纽扣电池供电，但总电压6v，而单片机是5v。想串结两个二极管降压，可以吗？或者采用稳压管？
用户名：yufe
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感觉电池的电会很快用完。。。。用二极管降压应该是可以的
用户名：llia
注册时间：
最好稳压串联二极管降不可取,明显浪费电源
用户名：guoyt
注册时间：
感觉电池的电会很快用完。。。。用二极管降压应该是可以的yufe 发表于
15:32 是啊 工作是间断工作，每次工作时间不超过1分钟，所以能够保证有几十小时的寿命就差不多了
用户名：wangpe
注册时间：
采用稳压芯片吧
用户名：langgq
注册时间：
稳压芯片，串二极管，串电阻，能耗都差不多。用稳压芯片电压比较好。。。。不过6v到5v的稳压芯片大概只能用ldo的
用户名：guoyt
注册时间：
6到5v的稳压芯片选择余地比较小。另外，纽扣电池电压下降程度还不清楚，准备实际测一下。个人感觉稳压芯片就是降压，也会耗能。
用户名：hanwe
注册时间：
你测一下工作电流多大，看看能否满足二极管伏安特性要求。
用户名：zhanglli
注册时间：
恩 稳压芯片是有能耗的 7805在你这用不了的&&7805的输入电压要至少大于输出3V&&也就是得8V输入 5V输出&&这样白白浪费了3V的电压&&产热了
用户名：zhuww
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LDO与串二极管有本质区别假设LDO最小压差0.3V那么6V稳5V的话,当电池电压为5.3V也可以正常工作而用二极管,二极管本身0.7V压降,关键是它一直就是0.7V,这样5.7~6V区间才正常,并且电压也不稳定
用户名：zhanglli
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单片机工作电压不是4到5.5吗？所以电池在4.7到6V都可以工作…
用户名：lium
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应用要求高的话，用Iq极小的高效率DC/DC；否则就二极管，和LDO的效率没有大的差别
用户名：dqyubsh
注册时间：
电池环境用5V单片机是不可能的，功耗一项就傻了。有那么多低功耗的片子可以选，3.3V甚至更低。而且要休眠休眠再休眠。这个不是这么简单说说就可以的。
用户名：kardel
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用一节电池和3V的单片机吧
用户名：dqyubsh
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一般都用一次性锂电池，比5号电池大的那种，安时大的个头还要大。几十个小时的时间就报废，一周至少换两次电池，一共换四节，一年换200多节。你的东西要做100套，一年就浪费2万节电池。你可真够牛X的。破坏环境你是典范了。电池应用都是三年、五年的，做不到这个时间你就别做了。求你了。
用户名：mrxum
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用DCDC吧，升降压型的，保持输出电压，尽可能消耗尽电池电量，延长寿命
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