打造「索伦」半人形机器人：Arduino Mega 2560 完整指南

零部件与物料

所需工具与设备

• 激光切割机

应用与在线服务

• Arduino IDE
• 1Sheeld App (Google Play)
• 1Sheeld Arduino 库

项目简介

《指环王》迷的福音：人尺寸半人形机器人「索伦」，拥有两个 3 自由度手臂、1 个 3 自由度头部、固定底座。三种运行模式由两个按键切换：

1. 待机演示模式：自动播放动作序列吸引观众
2. 手柄控制模式：通过 1Sheeld App 的 Gamepad Shield 手动控制
3. 动作捕捉模仿模式：佩戴固定手机的手套，利用手机陀螺仪/方向传感器实时映射至机器人手臂

项目曾参展纽约 Maker Faire，旨在激发青少年对机器人、Arduino、1Sheeld 的兴趣。提供全部 CAD 图纸、电路原理图、激光切割 DXF、Arduino 代码。

步骤 1：机器人头部

采用开源机器人头「Fritz」(xyzbot) 激光切割件，3mm 胶合板制作。省略 3D 打印眼部、眉毛、嘴唇以节省成本。按官方视频组装，跳过底座与 3D 打印步骤。

步骤 2：机器人躯干

采用 Artelon 杆 + 3mm 胶合板，榫卯结构连接胸部、肩部、颈部、后背。螺丝规格：M4×20 固定木框与骨架，M12×30 固定骨架与底座，M4×10 固定舵机。骨架含 50mm 主杆、25mm 骨架杆、15mm 宽度连接杆。附带 SolidWorks 图纸与 PDF 制造图。

步骤 3：底座制作

SolidWorks 设计，6mm 钢板激光切割，带减重孔。可用 3 颗螺丝锁桌或 4 英寸 C 夹固定。附带 DXF 文件。

步骤 4：机械臂

模块化设计，前臂关节可快速更换末端执行器（剑/钩/拳/夹爪）。3mm 胶合板框架，铝制云台作肩关节，轻木切割武器件。前臂关节用 Autodesk 123D Make 切片后激光切割。SolidWorks 模型含扭矩计算，选用 ≥3kg·cm 舵机。

步骤 5：索伦盔甲与外观

参考 Instructables「Sauron Cosplay」教程制作盔甲、头盔，尺寸适配机器人。

步骤 6：电子系统

• Arduino Mega + 1Sheeld 控制 9 个舵机（双臂 6、头部 2、嘴巴 1）
• 5V/5A 电源供舵机与 Mega，共地
• 1Sheeld 通过蓝牙调用手机传感器：Gamepad/ Orientation/ Music Player/ Toggle Button/ Terminal 等 Shield

步骤 7：Arduino 代码要点

• 定义 9 个 Servo 对象，分别接 PWM 引脚 4~12
• 两个中断引脚 (D2, D3) 接 Toggle Button 切换模式
• standbyMode()：9 个预设动作序列，配合 Music Player 播放索伦音效、嘴巴开合
• gamePadMode()：响应 Gamepad 方向键/功能键驱动对应姿态
• imitationMode()：读取 OrientationSensor.getY()/getZ() 映射至左臂两个舵机
• 中断服务程序 (ISR) 实现模式切换标志位

步骤 8：Maker Faire 现场照片

（此处省略多张现场照片）

步骤 9：未来规划

• 录制组装与三模式演示视频
• 头部补齐 3D 打印眼部机构（眼睑、眼球、连杆）
• 底座升级为 4 麦克纳姆轮移动底盘，SolidWorks 已设计完成

核心代码片段

#define CUSTOM_SETTINGS
#define INCLUDE_GAMEPAD_SHIELD
#define INCLUDE_MUSIC_PLAYER_SHIELD
#define INCLUDE_TERMINAL_SHIELD
#define INCLUDE_ORIENTATION_SENSOR_SHIELD
#include 
#include 

Servo r1, r2, r3, l1, l2, l3, neckH, neckV, mouth;
const int modePin1 = 2, modePin2 = 3;
volatile bool gamepadEn = false, imitateEn = false;

void setup() {
  OneSheeld.begin();
  pinMode(modePin1, INPUT); pinMode(modePin2, INPUT);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(modePin1), gampadISR, CHANGE);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(modePin2), imitateISR, CHANGE);
  r1.attach(4); r2.attach(5); r3.attach(6);
  l1.attach(7); l2.attach(8); l3.attach(9);
  neckH.attach(10); neckV.attach(11); mouth.attach(12);
  // 归位
  r1.write(95); r2.write(150); r3.write(20);
  l1.write(90); l2.write(45); l3.write(180);
  neckH.write(105); neckV.write(30); mouth.write(100);
}

void loop() {
  if (digitalRead(modePin1)) gamePadMode();
  else if (digitalRead(modePin2)) imitationMode();
  else standbyMode();
}

// standbyMode(): 9 个位置序列，每位播放音乐+嘴巴动作，中途随时响应模式切换
// gamePadMode(): 根据 GamePad.isUpPressed() 等设定舵机角度
// imitationMode(): 左臂 l1 映射 Y 轴(-90~90→0~180)，l2/l3 映射 Z 轴(0~60)
// ISR 切换标志位

原理图

舵机信号线直连 Mega PWM 引脚，电源独立 5V/5A 供电，共地。1Sheeld 堆叠于 Mega 顶部，通过 UART 与蓝牙模块通信（上传代码时需拨至 Upload 模式）。