3DP : 可愛的 MobBob 雙足機器人

當初組 3D 印表機主要就是想印車子和機器人的機身及相關的改裝零件，結果為了研究印表機的機構，Arduino 荒廢了大半年，最近重回初衷，又開始和電路板及程式為伍，做了使用八顆 SG90 的四足機器人，做了使用12顆SG90的四足機器人，也完成了使用四顆SG90的雙足機器人 MobBob。

MobBob 與其它的 BoB 機器人一樣是以四顆伺服馬達當動力來源的雙足機器人，最大的特色是作者放了手機在機器人上，以手機當他的臉，搭上表情動畫、語音與操作者互動，並透過藍牙和手機通訊，指揮機器人做各種動作。它除了按按鈕下指令，還有影像辨識及語音發送指令的功能，增添了更多的玩法。

其實 MobBob 是最早製作的，但是因為沒弄懂它四顆馬達的腳位，一直走得不順，昨晚將作者釋放出來的 Arduino 程式碼好好的研究了一下，總算把哪一邊是左側的馬達，哪一邊是右側的馬達弄清楚了，下面是製作 MobBob 雙足機器的一些記錄。

材料與工具

• 機身組件(以 3D printer 列印)
• 伺服馬達(SG90)四顆
• Arduino 一片(UNO或其它控制板)
• 藍牙模組一片(HC-05、HC-06 ......)
• 航模鋰電池一顆(3.7V)
• Android 手機

機身組件的模型下載與組裝的方法就參考作者放在 Thingiverse 的檔案

• http://www.thingiverse.com/thing:43708

MobBob Arduino 靭體

• https://github.com/cevinius/MobBob

MobBob Android app

• https://play.google.com/store/apps/details?id=com.cevinius.MobBob

已測試過，用一顆 3.7v 航模小鋰電池就可以供電給 Arduino UNO + HC-05 + 四顆 SG90 ，所以個人並沒使用作者設計的電池架，直接以一條橡皮筋將電池及 Arduino UNO 掛在背後。

伺服馬達接腳

按照作者 Arduino 程式的設計，當我們面向機器人正面(手機)時，我們左手邊的馬達是 Arduino 程式中所謂的左側馬達，左側上面那顆馬達是「leftHip」，而左側下面那顆馬達是「leftFoot」；我們右手邊的馬達則是 Arduino 程式中所謂的右側馬達，右側上面那顆馬達是 「rightHip」，而右側下面那顆馬達是「rightFoot」。

四顆伺服馬達的訊號線接腳可以自行指定要插在 Arduino 的哪個腳位，記得搭配修改 Arduino 程式的變數內容即可。例如：

• leftHip 插在 Arduino 的 D4
• leftFoot 插在 Arduino 的 D5
• rightHip 插在 Arduino 的 D6
• rightFoot 插在 Arduino 的 D7

我們要修改 Arduino 程式底下四行的變數內容：

const int SERVO_LEFT_HIP   = 4;
const int SERVO_LEFT_FOOT  = 5;
const int SERVO_RIGHT_HIP  = 6;
const int SERVO_RIGHT_FOOT = 7;

校正馬達角度

作者的 Arduino 程式中，四顆伺服馬達是以 90度為初始角度，因為馬達的品質有差，還需要在 Arduino 程式中微調變數來校正，讓馬達能確實的靜止在正中央。

要特別注意的是在 MobBob 在 Arduino 程式中，控制 servos 呼叫的是「writeMicroseconds( )」，所以使用的單位是「microseconds (uS) 」，而不是角度。所以置中(90度)大約是 1500 microseconds，整個搖臂旋轉可用的範圍(前後500)大概在 1000~2000 microseconds 左右。

我的校正做法是：

• 馬達先不鎖上搖臂。
• 將馬達控制線都插好，修改 Arduino 程式中的腳位變數後將靭體寫入 Arduino。
• 上電等一會兒後，將四顆馬達的搖臂套上，使機器人腳掌馬達的搖臂盡量與地面呈垂直的姿態，而臀部的馬達搖臂是盡量對齊底座邊緣的姿態。
• 以 Arduino IDE 中的 Serial Monitor 送控制 servo 角度的指令，格式是：
  
  <SV, time, leftHip, leftFoot, rightHip, rightFoot>
  
  例如
  想微調 leftHip 10 microseconds (正數為順時針旋轉)，就輸入底下的指令：
  
  <SV,0,50,0,0,0>
  
  想微調 leftFoot -100 microseconds (負數為逆時針旋轉)，就輸入底下的指令：
  
  <SV,0,0,-100,0,0>
  
  測試好，記得將數字記下來，前面的數字都是相對於原來 Arduino 程式中的置中，再據此以原來的置中的參數減掉(正數時)或加上(負數時)測試的值，計算每顆馬達置中的最佳參數。
• 依據前一步驟的計算結果來調整 Arduino 程式中底下的四個參數值，讓每顆馬達都可以置中：
  LEFT_HIP_CENTRE : 左上馬達
  LEFT_FOOT_CENTRE : 左下馬達
  RIGHT_HIP_CENTRE : 右上馬達
  RIGHT_FOOT_CENTRE : 右下馬達
• 重新編譯並更新 Arduino 靭體。

伺服馬達如果使用 .writeMicroseconds() 來控制角度時，照說 1500 是中間(90度)，但像我的四顆馬達微調後的值分別是 1370, 1380, 1520, 1380：

const int LEFT_HIP_CENTRE = 1370;
const int LEFT_FOOT_CENTRE = 1380;
const int RIGHT_HIP_CENTRE = 1520;
const int RIGHT_FOOT_CENTRE = 1380;

有一顆馬達特別不合作哦！

Arduino 程式中的控制指令

MobBob 的 Arduino 程式中設計不少預設的機器人動作指令，我們只要透過 serial 連線傳送它能解析的指令，靭體就會幫我執行相關的程序。MobBob 的所有指令都必須用小於符號「<」開頭，最後再以大於符號「>」當結尾。例如：

• <ST> : 等目前的動作執行完後，回復初始的站姿。
• <SI> : 立即停止所有動作。
• <FW> 或 <FW,次數> : 前進指定的次數
  <FW> 或 <FW,0> 相當於 <FW,1>
  而 <FW,-1> 是重覆執行前進的指令，直到被中止。
• <BW> 或 <BW,次數> : 後退指定的次數
  <BW> 或 <BW,0> 相當於 <BW,1>
  而 <BW,-1> 是重覆執行後退的指令，直到被中止。
• <RT> 或 <RT,次數> : 右轉指定的次數，其它用法和 <FW>、<BW>類似。
• <LT> 或 <LT,次數> : 右轉指定的次數，其它用法和 <FW>、<BW>類似。
• 其它類似的指令還有：
  <SX, #Times>
  <BX, #Times>
  <WX, #Times>
  <WY, #Times>
  <WZ, #Times>
  <TX, #Times>
  <TY, #Times>
  <TZ, #Times>
  <LX, #Times>
  <LY, #Times>
  <LZ, #Times>

另外還有一個在校正馬達中心點時就用過的：

• <SV, time, leftHip, leftFoot, rightHip, rightFoot>

這個「SV」的指令可以說是控制整個機器人動作的最重要核心，<FW>、<BW>那些指令能用很多道不同角度的 <SV, ......> 組合而來。

測試 MobBob 指令最簡單的方法就是將 Arduino 插上 USB 線，和電腦連線後，以 Arduino IED 中的 Serial Monitor 來輸入指令來觀察：

知道上面那些指令，我們就可以開發自己的 APP，透過藍牙和 Arduino 連線後，將指令發送給靭體去執行，達到控制 MobBob 的目的。

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