一、核心原理与舵机选择
在开始前，先明确舵机的作用：舵机是一种闭环控制的执行器，通过接收 PWM（脉冲宽度调制）信号控制输出轴旋转到指定角度（通常 0°-180°），自带减速齿轮组，能提供一定扭矩，适合驱动机器人关节、机械臂等结构。
常见舵机类型及选择
| 舵机型号 | 尺寸（mm） | 扭矩（kg・cm） | 电压（V） | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| （微型） | 22×11.8×27 | 1.8-2.5 | 4.8-6 | 小型机械臂、轻量关节 |
| 金属齿） | 22×12×29 | 3.2-4.8 | 4.8-6 | 中等负载关节、小型步行机器人 |
| （大扭矩） | 40×20×36 | 13-15 | 4.8-6 | 重型机械臂、履带机器人转向 |
二、准备材料与工具
1. 核心材料
- 舵机：根据设计需求选择数量和型号（如 3 自由度机械臂需 3 个舵机）。
- 控制器：推荐 Arduino（如 Arduino UNO、Nano），入门简单，支持舵机库。
- 结构材料：用于搭建机器人骨架，可选：
- 3D 打印件（灵活定制结构，需 3D 模型）；
- 亚克力板 / 木板（激光切割或手工裁剪）；
- 金属支架 / 连杆（如铝型材、铜柱，适合高承重）。
- 电源：
- 控制器供电：USB 线（5V）或锂电池（如 7.4V 锂电池 + 降压模块到 5V）；
- 舵机供电：单独电源（如 5V/2A 开关电源），避免与控制器共用导致电压不稳（多舵机时尤其重要）。
- 连接件：舵盘（舵机输出轴配件）、螺丝（M2/M3）、螺母、铜柱、扎带等。
- 辅助元件（可选）：
- 传感器：超声波模块（避障）、电位器（手动控制角度）；
- 通信模块：蓝牙模块（HC-05，远程控制）；
- 导线：杜邦线（公对母、公对公）、电源线（加粗，减少压降）。
2. 工具
- 基础工具：螺丝刀（十字 / 一字）、剥线钳、尖嘴钳、热熔胶枪（临时固定）。
- 加工工具：3D 打印机（打印结构件）、激光切割机（切割亚克力 / 木板）、电烙铁（焊接导线，可选）。
- 调试工具：万用表（检测电压、通断）、示波器（排查信号问题，进阶）。
三、设计机器人结构
根据功能需求设计结构，以下以3 自由度机械臂为例（常见入门项目），说明设计思路：
1. 确定功能与关节
机械臂需实现：底座旋转（关节 1）、大臂上下摆动（关节 2）、小臂上下摆动（关节 3），每个关节由 1 个舵机驱动。
2. 结构设计要点
- 舵机安装位置：舵机输出轴需与结构件刚性连接（如舵盘 + 螺丝固定），确保动力有效传递。
- 关节 1：舵机固定在底座，输出轴连接大臂旋转支架；
- 关节 2：舵机固定在大臂底部，输出轴连接底座旋转支架；
- 关节 3：舵机固定在大臂顶部，输出轴连接小臂支架。
- 尺寸比例：大臂 / 小臂长度根据舵机扭矩设计（长度越长，末端负载对关节扭矩要求越高），建议大臂长度≤15cm（SG90 舵机）。
- 避免干涉：运动时各关节转动范围需预留空间，防止结构碰撞（如大臂摆动时不碰到底座）。
3. 绘制结构图纸
- 用 CAD 软件（如 Fusion 360、Tinkercad）绘制 3D 模型，或手绘草图标注尺寸，确保舵机、结构件尺寸匹配。