ASi (阿南西) 机器人伙伴：Arduino Nano + LED 矩阵打造桌面陪伴机器人

项目背景与灵感

ASi (Anansi) 源于非洲民间传说中的蜘蛛神阿南西——故事之神、诡计大师。作者受 Alex Glow 的 Archimedes 猫头鹰机器人 启发，在 Xpider 蜘蛛机器人基础上深度改造，经过 4 代原型迭代，最终诞生了这个会"眨眼"、"转头"、"露表情"的桌面陪伴机器人。它不只是装饰品，更是一个会随机观察环境、对互动做出反应的"电子宠物"。

核心特性

• 双 MCU 架构：Arduino Nano 驱动双 MAX7219 8×8 LED 矩阵显示"眼睛"动画；ATtiny85 (Trinket) 控制 SG90 舵机实现头部左右随机摆动
• 丰富眼部表情：眨眼、斜视、旋转、发光、懒惰眼、疯狂眼、交叉眼等 7 种内置动画，主循环随机触发
• 头部随机转动：Trinket 每 0.5 秒以 1/10 概率随机转动头部，模拟"好奇环视"
• 可穿戴设计：底部预留绑带孔，可用铝线固定在背包肩带上，随行陪伴
• 3D 打印外壳 + 亚克力球头：黑色喷漆圣诞球作头部，极具辨识度

硬件清单 (BOM)

3D 打印零件清单 (STL 文件)

• 身体主体、底座、大腿、小腿、腿关节、螺丝、螺母
• 舵机齿轮 (插入舵机输出轴)、舵机固定座、颈部转盘齿轮
• 颈部连接板 (粘接亚克力球)、头部支撑环

打印建议：0.2mm 层高，20% 填充，PLA 即可；齿轮建议 PETG 耐磨。作者使用 Evnovo (Artillery) X1 打印机 (300×300×400mm)。

电子电路与接线

Arduino Nano 眼睛电路

• DIN → Pin 12，CLK → Pin 10，CS → Pin 11
• 两模块级联：第一模块 DOUT 接第二模块 DIN，共用 CLK/CS
• VCC/GND 接 5V/GND (来自 4×AA 电池盒经稳压或直接 5V)

Trinket 舵机电路

• 舵机信号线 → Trinket Pin 4 (仅支持 Pin 1/4 输出 PWM)
• 舵机 VCC/GND 直连电池 (6V 略超规但 SG90 可承受，或加二极管降压)
• 板载 LED (Pin 1) 作为"眨眼"指示，与舵机动作同步随机闪烁

供电方案

两块小面包板串联：4×AA 电池盒 → 电源开关 → 分两路分别给 Nano 板和 Trinket 板供电。建议改用两节 3.7V 锂电并联 + 5V 升压模块，或统一 5V 稳压输出，避免舵机启动瞬间电压跌落导致 Nano 复位。

固件代码详解

Arduino Nano - 眼睛动画引擎 (Asi_Eye.ino)

核心类 LedControl 驱动 MAX7219。关键数据结构：

byte eyeBall[8] = {  // 眼球基础图案 (无瞳孔)
  B00111100, B01111110, B11111111, B11111111,
  B11111111, B11111111, B01111110, B00111100 };
byte eyePupil = B11100111;  // 瞳孔掩码 (两个黑点)
byte eyeCurrent[8];        // 当前显示缓冲
int currentX, currentY;    // 瞳孔偏移 (-2..+2)

主要动画函数：

• displayEyes(offsetX, offsetY)：按偏移绘制瞳孔，含边界裁剪与旋转修正
• moveEyes(newX, newY, stepDelay)：线性插值平滑移动瞳孔
• blinkEyes(left, right)：上下眼睑逐行闭合/睁开
• crossEyes()、methEyes()、lazyEye()、roundSpin()、crazySpin()、glowEyes()：7 种特效
• bitswap()：汇编级位反转，用于 180° 旋转矩阵显示

主循环：每周期随机移动瞳孔、随机眨眼、按迭代计数器触发随机特效。

Trinket - 颈部随机摆动 (Asi_Neck.ino)

#define SERVO_PIN 4
#define SERVO_MIN 4   // ~1ms
#define SERVO_MAX 26  // ~2ms
Adafruit_TiCoServo servo;

void setup() {
  #if (F_CPU == 16000000L)
    clock_prescale_set(clock_div_1); // 16MHz Trinket 必须设置
  #endif
  servo.attach(SERVO_PIN);
  pinMode(1, OUTPUT); digitalWrite(1, HIGH); // 板载 LED
}

uint32_t lastLookTime = 0;
void loop() {
  unsigned long t = millis();
  if ((t - lastLookTime) > 500) {
    if (random(10) == 0) {          // 10% 概率转头
      servo.write(random(SERVO_MIN, SERVO_MAX));
      lastLookTime = t;
    }
  }
  if (random(10) == 0) {            // 10% 概率眨眼(板载 LED)
    digitalWrite(1, LOW);
    delay(random(50, 250));
    digitalWrite(1, HIGH);
  }
  delay(100);
}

组装指南要点

1. 腿部组装：螺丝+螺母连接大腿/小腿/关节，确保关节转动顺滑
2. 舵机齿轮安装：将 3D 打印齿轮压入舵机输出轴，拧紧舵机自带螺丝
3. 身体内部布线：两块面包板背靠背放入身体腔体，理线扎带固定
4. 头部制作：亚克力球轻喷黑色哑光漆 (薄涂保透光) → 热熔胶粘接到颈部连接板
5. 可穿戴固定：铝线穿过底座穿孔，缠绕背包肩带

个性化定制建议

• 新增表情：在 eyeBall[] 定义新图案，或修改 eyePupil 掩码形状 (爱心、星星、竖瞳等)
• 声音交互：给 Nano 添加 DFPlayer Mini + 喇叭，播放音效/语音
• 传感器融合：加装超声波/红外/光敏/触摸传感器，实现避障、跟随、抚摸反应
• 无线控制：引入 ESP8266/ESP32 或 nRF24L01，手机 App 远程控制表情/动作
• 表情同步：让 Trinket 舵机动作与 Nano 眼部动画同步 (串口/I2C 通信)

资源下载

• 完整代码：项目 Code 栏提供 Asi_Eye.ino 与 Asi_Neck.ino
• 3D 模型 (STL)：Custom parts 栏列出所有零件，可自行切片打印
• 原理图：Schematics 栏提供手绘接线图两张

结语

ASi 是一个周末即可完成的趣味项目，融合了 3D 打印、嵌入式编程、机械设计与角色创作。它展示了如何用极简硬件 (两颗 MCU、一块屏、一个舵机) 创造出极具"生命感"的互动体验。把它别在背包上，下次出门它会成为最吸睛的谈资！