开源项目！基于Arduino控制的六足机器人

这款六足机器人的设计灵感来源于Trossen Robotics的PhantomX AX型号。原版PhantomX（已停产）售价高达1300美元，远超我的预算，因此我决定采用廉价的180度MG996R仿制舵机（11kg-cm扭矩）自主设计。在项目启动前，我通过估算舵机、3D打印件、硬件和电子元件的总重量，计算了各腿部关节的最恶劣工况扭矩需求，确认这些舵机足以胜任。我以单价约5美元购得标有"LKY62"的舵机。需注意：老款MG995舵机因采用旧式控制电路且扭矩可能不足，未经验证其适用性，若有成功使用经验请告知！其余部件（SBEC、Mega 2560主板、锂聚合物电池、电平转换器、624Z轴承、螺丝等）总成本约75美元。PS2手柄为已有设备，但仍可找到仿制品。3D打印件消耗约600克黑色PLA线材，成本低于10美元。项目总成本约200美元。

设计与制造

使用Autodesk Fusion 360进行三维建模，并通过Creality CR-10S 3D打印机完成打印。结构设计强调轻量化（薄壁、减重孔等）以适配所选舵机性能。黑色PLA部件采用较高打印温度（210°C）以增强层间粘合与结构强度，所有部件均使用0.4mm喷嘴以0.2mm层高打印。3D模型文件已上传至Thingiverse。

部件清单

黑色PLA打印（30%填充率，无需支撑）:

• 1x 机身底板
• 6x 机身支柱
• 1x 机身上盖
• 12x 股骨支架端盖
• 12x 股骨支架
• 18x 舵机轴承座
• 6x 胫骨基板
• 6x 胫骨支架端盖
• 6x 胫骨支架
• 6x 胫骨足板
• 6x 胫骨侧板1
• 6x 胫骨侧板2（镜像打印）
• 6x 胫骨间隔管

PLA打印（需支撑）:

• 1x 接收器支架
• 1x SBEC支架
• 18x 舵机固定座
• 6x 线缆导槽

黑色TPU打印（10%填充率）:

• 6x 胫骨足部缓冲垫

硬件规格与完整清单详见下方PDF附件：

• *附件：Parts-List.pdf
• *附件：Hardware-Usage.pdf

步骤1：CAD建模

通过Fusion 360完成六足机器人建模（见上图），定义腿部编号（前右腿为1号，顺时针排列）与舵机-处理器引脚映射关系。舵机分配信息声明于Arduino代码的常量区。

步骤2：组装

六条腿采用相同组装方式，使用3/8"、1/2"、5/8" 4-40机械螺丝及1/4" #2螺丝（McMaster-Carr采购）连接。实测无需攻丝，电动螺丝刀可直接旋入打印孔。624Z轴承需加热后压入舵机座以简化安装。

关键提示 ：组装前需通过PS2手柄"SELECT"键将所有舵机居中（90度位置），详见步骤5图示。

步骤3：电子系统

核心电子元件包括：

• Mega 2560开发板（Arduino兼容）
• 20A HV SBEC（为舵机供电，跳线设为6V输出）
• PS2无线手柄接收器（需拆壳并3D打印底座，使用Bill Porter的ps2x_lib库）
• 5000mAh 3S 20C锂电（可替换为更小容量3S或2S电池，2S需修改代码电压监测）
• 双向电平转换器（解决部分PS2接收器兼容性问题）
• 自制LED状态显示板（接入Mega 2560的22-52引脚）

完整电路图与实物连接见下方示意图。

步骤4：启动注意事项

通电时舵机会随机复位后归位，需悬空启动以防腿部撞击地面损坏PLA部件或齿轮。

步骤5：逆运动学与步态算法

基于逆运动学（IK）计算足尖坐标对应的舵机角度，结合胫骨、股骨、基节长度及伺服偏移量实现精准控制。预设步态包括：

• 三足步态 ：3腿同步迈步，另3腿支撑
• 波浪步态 ：单腿依次迈步
• 涟漪步态 ：左右侧腿后向前交替迈步
• 四足步态 ：右前-左后、右后-左中、右中-左前分组迈步

通过PS2摇杆输入移动指令，步态引擎计算足尖轨迹后由IK解算各舵机角度。另有原地平移/旋转模式，通过坐标偏移或旋转矩阵实现。

步骤6：PS2手柄适配

修改PS2X_lib库文件以适配控制器：

1. 在PS2X_lib.h中修改：

   #define CTRL_CLK 4 → 16
   #define CTRL_BYTE_DELAY 3 → 16
   

2. 在PS2X_lib.cpp中修改：

   pinMode(dat, INPUT); → INPUT_PULLUP
   //digitalWrite(dat, HIGH); //注释此行
   

添加双向电平转换器解决部分接收器电压兼容问题，详见示意图。

步骤7：软件配置

核心代码参数说明：

• TRAVEL：平移模式最大位移（毫米）
• A12DEG/A30DEG：旋转模式弧度值（放大百万倍以适配map()函数）
• COXA_LENGTH/FEMUR_LENGTH/TIBIA_LENGTH：腿部结构长度
• BODY_X/BODY_Y/BODY_Z：机身中心到基节舵机的偏移量
• HOME_X/HOME_Y/HOME_Z：足部默认静止位置
• *_CAL：舵机居中校准偏移量（度）

修改代码前需根据实际机器人尺寸调整上述参数，校准流程详见步骤2。

步骤8：展示架

3D打印灰色金属质感PLA支架（模型文件），通过8颗螺丝组装。注意钻孔时避免材料开裂，安装时防止支架扭曲变形。

通过以上步骤，完整复现这款低成本、高性能的六足机器人。开发过程中建议使用支架辅助调试，避免足部意外触地。如需进一步优化步态或扩展功能，可基于提供的Arduino代码进行二次开发。

其他代码资料：*附件：机器人资料.7z

作者：markwtech

来源：https://www.instructables.com/Hexapod-Robot/