从人头到机器头：Arduino 驱动的低成本仿生机器人头部 DIY

项目动机

热爱机器人但受限于舵机成本？本项目仅用 3 个舵机（$13）、Arduino UNO、LinkIt ONE 板和安卓手机，打造一个能三轴（偏航/俯仰/横滚）跟随人头动作的机器人头。核心思路：利用手机内置姿态传感器（方向/俯仰/横滚）经蓝牙传输控制舵机，极大降低成本。

材料清单

为何双板？ LinkIt ONE 仅 2 路 PWM 且 3.3V 电平，驱动不了 5V 舵机；UNO 有 6 路 PWM 且 5V 逻辑。若有蓝牙模块（如 HC-05）可省去 LinkIt ONE，单 UNO 即可。

自制舵机扩展板

• 万用板焊接 6 路舵机接口（信号接 UNO D3/5/6/9/10/11，电源/地并联）
• 舵机电源**必须**接外部 5V 稳压板，不可取 USB 供电（电流不足导致抖动、过热、烧毁舵机——实测烧过一个）
• UNO 也建议接外部适配器供电

机械结构设计：三轴串联

1. Yaw（偏航·左右转）：底座舵机，输出臂水平安装
2. Pitch（俯仰·上下点头）：第二舵机，通过铝角材 L 型件固定在 Yaw 输出臂上，轴线垂直于 Yaw
3. Roll（横滚·侧倾）：第三舵机，固定在 Pitch 输出臂末端，轴线与 Pitch 平行
4. 所有舵机中位（90°）时轴线共线、头部朝正前方
5. 先双面胶临时固定验证运动不干涉，再热熔胶永久固定



电子连接

• LinkIt ONE TX → UNO RX，共地
• 三舵机信号线分别接 UNO D3(Yaw)、D5(Pitch)、D6(Roll)
• 稳压板 5V 给舵机，12V 给 UNO/LinkIt（或各自适配器）

手机端：SensoDuino 配置

1. 安装 SensoDuino
2. 菜单 → Connect Bluetooth → 选择 LinkIt ONE
3. 启用 Orientation 传感器，勾选"Send via Bluetooth"
4. Performance 设置采样率：测试 250ms，最终 100ms（10Hz）

Orientation 输出格式：>Orientation,1,Yaw,Pitch,Roll>（Yaw: 0-360°，Pitch: -180~+180°，Roll: -90~+90°）

固件代码

LinkIt ONE：蓝牙透传

#include <LBT.h> #include <LBTServer.h>
String inputString = "";
void setup() {
  LBTServer.begin((uint8_t*)"Sivam_LIO");
  Serial1.begin(9600);  // 硬件串口接 UNO RX
}
void loop() {
  if (LBTServer.connected()) {
    uint8_t buf[64]; int bytesRead;
    while ((bytesRead = LBTServer.readBytes(buf, 32)) > 0) {
      inputString = "";
      for (int j=0; j

Arduino UNO：解析与舵机映射

#include <Servo.h>
Servo leftright, updown, shake;
String inputString = "";

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  leftright.attach(3); updown.attach(5); shake.attach(6);
  leftright.write(90); updown.write(90); shake.write(90);
}

void serialEvent() {
  while (Serial.available()) {
    char c = Serial.read(); if (c != '\n') inputString += c;
  }
  int s = inputString.indexOf('>');
  if (s >= 0) {
    int e = inputString.indexOf('>', s+1);
    if (e > 0) {
      String frame = inputString.substring(s, e);
      inputString = inputString.substring(e);
      // 解析: >Orientation,1,Yaw,Pitch,Roll>
      int c1 = frame.indexOf(','); String sensor = frame.substring(1, c1);
      int c2 = frame.indexOf(',', c1+1); String rec = frame.substring(c1+1, c2);
      int c3 = frame.indexOf(',', c2+1); String v1 = frame.substring(c2+1, c3);
      int c4 = frame.indexOf(',', c3+1); String v2 = frame.substring(c3+1, c4);
      String v3 = frame.substring(c4+1);
      int S1=v1.toInt(), S2=v2.toInt(), S3=v3.toInt();

      // 映射到舵机 0-180°
      int rot1 = map(S1, 90, 270, 180, 0);  // Yaw: 面向 180° 为中位
      int rot2 = map(S2, -90, 90, 0, 180);   // Pitch
      int rot3 = map(S3, 90, -90, 0, 180);   // Roll: 注意符号反向
      rot1 = constrain(rot1, 0, 180);
      rot2 = constrain(rot2, 0, 180);
      rot3 = constrain(rot3, 0, 180);

      if (rot1!=0 && rot1!=180) leftright.write(rot1);
      if (rot2!=0 && rot2!=180) updown.write(rot2);
      if (rot3!=0 && rot3!=180) shake.write(rot3);
      delay(15);
    }
  }
}

舵机中位校准代码

// Servoposition.ino
#include <Servo.h>
Servo leftright, updown, shake;
void setup() {
  leftright.attach(3); updown.attach(5); shake.attach(6);
  leftright.write(90); updown.write(90); shake.write(90);
}
void loop() {}

调试与定型

1. 上传中位代码，通电确认三舵机均指向 90°，机械臂共线
2. 手持手机测试：面向磁北 180°（Yaw 中位），点头/摇头/侧倾观察跟随
3. SensoDuino 调至 100ms 采样，动作流畅度显著提升
4. 找圣诞老人玩偶头套在 Roll 舵机臂上，戴帽子固定手机（双面胶）
5. 戴帽子，面向 180° 站立，机器人头即跟随你的头部动作



已知局限与改进

• 蓝牙延迟 + 100ms 采样 → 约 200-300ms 端到端延迟
• 磁力计受环境干扰，Yaw 长时间漂移，需定期重新校准朝向
• LinkIt ONE 已停产，建议改用 ESP32/HC-05 + 单 UNO 方案
• 结构可升级为 3D 打印关节，提升精度与美观度

成本核算

• 3× 舵机：$13
• Arduino UNO 兼容板：~$5
• LinkIt ONE / HC-05：~$10
• 电源板、PCB、结构件：~$10
• **总计 < $40**，商业同类仿真头通常 $200+
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