步驟1：組件

這是單條蛇的零件清單，如果你想制作兩條蛇，則需要將組件的體積加倍。

10 MG996R伺服系統(tǒng)*

1.75mm 3D打印燈絲

10個(gè)滾珠軸承，零件編號(hào)608

20個(gè)小滾珠軸承，零件號(hào)r188，用于車輪**

40個(gè)飛利浦頭螺釘6-32 x 1/2“

8個(gè)更長的螺絲

至少20件4英寸拉鏈

每根5米紅色和黑色20號(hào)線或更厚的***

標(biāo)準(zhǔn)22號(hào)線

30個(gè)公頭管針（分成10個(gè)批次） 3）

Arduino Nano

3D打印部件

某種形式的動(dòng)力，我個(gè)人使用改進(jìn)的ATX電源

1000uF 25V電解電容器

各種尺寸的熱縮管，焊錫，膠水等雜項(xiàng)工具

*您可以使用其他類型，但您需要重新設(shè)計(jì)3D文件以適應(yīng)您的伺服系統(tǒng)。此外，如果你嘗試使用像sg90這樣的較小的伺服器，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)它們不夠強(qiáng)壯（我沒有測試過這個(gè)，你可以自己試驗(yàn)）。

**你不需要為車輪使用小型滾珠軸承，我只是躺了很多?；蛘?，你可以使用樂高輪或其他玩具輪。

***這根導(dǎo)線最多可以通過10安培，太薄，電流會(huì)熔化它。

步驟2：3D打印組件

如果您正在制作1D蛇打印這些碎片。

如果你正在制作這些碎片的2D蛇紋。

重要說明：刻度可能是錯(cuò)誤的！我在Fusion 360中設(shè)計(jì)我的組件（以mm為單位），將設(shè)計(jì)作為.stl文件導(dǎo)出到MakerBot軟件中，然后將其打印在Qidi Tech打印機(jī)（MakerBot Replicator 2X的克隆版本）上。在這個(gè)工作流程的某個(gè)地方有一個(gè)錯(cuò)誤，我的所有打印出來都太小了。我一直無法識(shí)別錯(cuò)誤的位置，但暫時(shí)修復(fù)了MakerBot軟件中每個(gè)打印尺寸縮放到106％的問題，這解決了這個(gè)問題。

鑒于此，請(qǐng)注意，如果您打印上面的文件，它們可能會(huì)被錯(cuò)誤地縮放。我建議在打印之前打印一件并檢查它是否適合您的MG996R伺服。

如果你打印任何文件，請(qǐng)讓我知道結(jié)果是什么：如果打印太小，恰到好處，太大，百分之幾。通過作為社區(qū)一起工作，我們可以使用不同的3D打印機(jī)和.stl切片器來解決錯(cuò)誤的位置。

步驟3：裝配蛇

兩個(gè)版本的蛇的裝配過程大致相同。唯一的區(qū)別是在2D蛇形中，每個(gè)電機(jī)相對(duì)于前一個(gè)旋轉(zhuǎn)90度，而在1D蛇中，所有電機(jī)都在一個(gè)軸上對(duì)齊。

首先擰下伺服，保存擰緊并取下黑色塑料框架的頂部和底部部件，小心不要丟失任何齒輪！將伺服滑動(dòng)到3D打印的框架中，如上圖所示。更換伺服外殼的頂部，并用四個(gè)6-32 1/2“螺釘將其擰緊到位。保存伺服框架的底部（如果您想在以后的項(xiàng)目中再次使用它）并將其更換為3D印刷外殼，唯一的區(qū)別是滾珠軸承滑動(dòng)的附加旋鈕。將伺服器擰回到一起，重復(fù)10次。

重要提示：在繼續(xù)之前，您必須將代碼上傳到Arduino并將每個(gè)伺服器移動(dòng)到90度。如果不這樣做，可能會(huì)導(dǎo)致您斷開一個(gè)或多個(gè)伺服和/或3D打印的幀。如果您不確定如何將伺服器移動(dòng)到90度，請(qǐng)參閱此頁面?；旧蠈⑺欧募t線連接到Arduino上的5V，棕色線連接到GND，黃色線連接到數(shù)字引腳9，然后上傳鏈接中的代碼。

現(xiàn)在每個(gè)伺服都在90度，繼續(xù)：

通過將3D打印的旋鈕從一個(gè)伺服盒插入第二段片的孔中來連接10個(gè)片段，然后用一點(diǎn)力將伺服器的軸推入其孔中（為清晰起見，請(qǐng)參見上面的圖片和視頻）。如果您正在制作1D蛇，則所有線段都應(yīng)對(duì)齊，如果您正在制作2D蛇，則每個(gè)線段應(yīng)旋轉(zhuǎn)90度到前一個(gè)線段。請(qǐng)注意，尾部和頭部框架只是其他部分長度的一半，連接它們但在完成布線之前不要對(duì)金字塔形狀的部件進(jìn)行注釋。

安裝x形伺服臂并將其擰緊到位。將滾珠軸承滑過3D打印旋鈕，這需要將兩個(gè)半圓柱輕輕擠壓在一起。根據(jù)您使用的燈絲品牌和填充密度，柱子可能太脆而且會(huì)卡住，我不認(rèn)為會(huì)出現(xiàn)這種情況，但是不要過度用力。我個(gè)人使用10％填充的PLA長絲。一旦滾珠軸承打開，它應(yīng)該被旋鈕上的懸伸鎖定。

步驟4：電路

兩條機(jī)器人蛇的電路相同。在布線過程中，確保每個(gè)段都有足夠的布線空間完全旋轉(zhuǎn)，特別是在2D蛇形中。

以上是僅有2個(gè)伺服的布線電路圖。我試著用10個(gè)舵機(jī)做一個(gè)電路圖，但它太過擁擠了。這張照片與現(xiàn)實(shí)生活中唯一的區(qū)別在于，您需要并聯(lián)8個(gè)伺服電機(jī)，并將PWM信號(hào)線連接到Arduino Nano上的引腳。

當(dāng)連接電源線時(shí)，我使用了單件18號(hào)線（厚度足以承受10安培）作為主要的5V線沿著蛇的長度延伸。使用剝線鉗，我以10個(gè)規(guī)則的間隔移除了一小部分絕緣體，并從這些間隔中的每一個(gè)焊接了一小段電線，一組3個(gè)插頭。對(duì)于黑色18規(guī)格GND線和第二個(gè)插頭引腳，再次重復(fù)此操作。最后將較長的導(dǎo)線焊接到第3個(gè)插頭引腳，該引腳將PWM信號(hào)從蛇形頭部的Arduino Nano傳送到伺服系統(tǒng)（導(dǎo)線必須足夠長才能到達(dá)，即使分段彎曲）。根據(jù)需要安裝熱縮管。將3個(gè)插頭引腳連接到伺服電線的3個(gè)母插頭引腳。對(duì)10個(gè)伺服系統(tǒng)中的每個(gè)伺服系統(tǒng)重復(fù)10次。最終實(shí)現(xiàn)的是并行連接伺服系統(tǒng)并將PWM信號(hào)線連接到Nano。公/母插針的原因是你可以很容易地將線段拆開并更換伺服電機(jī)，如果它們?cè)跊]有拆焊的情況下斷開。

將GND和5V電線焊接到尾部的3x7孔穿孔板上電容器和螺絲端子。電容器的目的是消除啟動(dòng)伺服系統(tǒng)時(shí)引起的任何電流消耗尖峰，可以重置Arduino Nano（如果你沒有電容器，你可以在沒有它的情況下離開，但最好是安全的） 。請(qǐng)記住，電解電容器的長插腳需要連接到5V線路，而較短的插腳連接到GND線路。將GND線焊接到Nano的GND引腳，將5V線焊接到5V引腳。請(qǐng)注意，如果您使用不同的電壓（參見下一節(jié)），請(qǐng)說一個(gè)7.4V的Lipo電池，然后將紅線連接到Vin引腳，而不是5V引腳，這樣做會(huì)破壞引腳。

將10根PWM信號(hào)線焊接到Arduino Nano上的引腳。我按以下順序連接了我，你可以選擇以不同方式連接你的，但只記得你需要更改代碼中的servo.attach（）行。如果你不確定我在說什么，只需按照我的方式連線，你就不會(huì)有問題。從蛇的尾部伺服到蛇的頭部，我按照以下順序連接了我的蛇。將信號(hào)引腳連接到：A0，A1，A2，A3，A4，A5，D4，D3，D8，D7。

使用拉鏈來清理接線。在繼續(xù)檢查之前，所有部分都可以移動(dòng)，并且有足夠的空間讓電線移動(dòng)而不會(huì)被拉開?，F(xiàn)在接線已完成，我們可以擰上頭部和尾部金字塔形的帽子。請(qǐng)注意，尾部有一個(gè)用于系繩出來的孔，頭部有一個(gè)用于Arduino編程電纜的孔。

步驟5：為Snake供電

由于伺服系統(tǒng)并聯(lián)連接，它們都獲得相同的電壓，但必須加上電流。查看MG996r伺服系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表，他們可以在運(yùn)行時(shí)繪制高達(dá)900mA的電流（假設(shè)沒有停止）。因此，如果所有10個(gè)伺服系統(tǒng)同時(shí)移動(dòng)，則總電流消耗為0.9A * 10 = 9A。因此，正常的5v，2A墻壁插座適配器將無法正常工作。我決定修改ATX電源，能夠在20A時(shí)達(dá)到5v。我不打算解釋如何做到這一點(diǎn)，因?yàn)橐呀?jīng)在Instructables和YouTube上進(jìn)行了很多討論。在線快速搜索將向您展示如何修改其中一個(gè)電源。

假設(shè)您已經(jīng)修改了電源，只需在電源和螺釘端子之間連接一根長繩即可。蛇。

另一種選擇是使用板載鋰電池組。我沒有試過這個(gè)，所以你需要為電池設(shè)計(jì)一個(gè)安裝座并將它們接入。請(qǐng)記住伺服電機(jī)和Arduino的工作電壓，電流消耗（不要焊接5v以外的任何東西） Arduino上的5v引腳，如果有更高的電壓，請(qǐng)轉(zhuǎn)到Vin引腳。）

步驟6：測試一切正常

繼續(xù)讓我們測試一切正常。上傳此代碼。你的蛇應(yīng)該在0-180之間單獨(dú)移動(dòng)每個(gè)伺服，然后通過直線放置完成。如果沒有，則出現(xiàn)問題，很可能是接線不正確或者伺服系統(tǒng)最初沒有居中，如“蛇的裝配”部分所述。

步驟7 ：代碼

目前沒有蛇的遙控器，所有的動(dòng)作都是預(yù)先編程的，你可以選擇你想要的。我將在第2版中開發(fā)一個(gè)遙控器，但是如果你想遠(yuǎn)程控制它我會(huì)建議在Instructables上查看其他教程并調(diào)整蛇與藍(lán)牙兼容。

如果你正在制作1D蛇上傳此代碼。

如果您要讓2D蛇上傳此代碼。

我鼓勵(lì)您使用代碼，進(jìn)行自己的更改并創(chuàng)建新算法。閱讀接下來的幾個(gè)部分，了解每種類型的運(yùn)動(dòng)的詳細(xì)解釋以及它的代碼如何工作。

步驟8：稱重Vs輪

蛇的主要方式之一能夠向前移動(dòng)是通過他們的鱗片的形狀。秤可以更容易向前運(yùn)動(dòng)。有關(guān)進(jìn)一步說明，請(qǐng)觀看3:04以后的視頻，了解鱗片如何幫助蛇向前移動(dòng)。在同一視頻中觀看3:14顯示了當(dāng)蛇在袖子中時(shí)的效果，消除了鱗片的摩擦。正如我的YouTube視頻中所示，當(dāng)機(jī)器人1D蛇試圖在沒有鱗片的草地上滑行時(shí)，它既沒有向前或向后移動(dòng)，因?yàn)榱α靠偤蜑榱?。因此，我們需要在機(jī)器人的下腹部添加一些人工尺度。

通過尺度重建運(yùn)動(dòng)的研究在哈佛大學(xué)完成，并在此視頻中進(jìn)行了演示。我無法設(shè)計(jì)一種類似的方法來在我的機(jī)器人上上下移動(dòng)音階，而是安排將被動(dòng)的3D打印音階附加到下腹部。

不幸的是，這被證明是無效的，因?yàn)轺[片仍然在地毯表面上掠過，而不是抓住纖維并增加摩擦力。

如果您想嘗試我制作的音階，您可以從我的GitHub 3D打印文件。如果你自己成功，請(qǐng)?jiān)谙旅娴脑u(píng)論中告訴我！

我嘗試使用r188滾珠軸承制成的輪子，外面有熱縮管作為“輪胎”。您可以從我的GitHub上的.stl文件中3D打印塑料輪軸。雖然車輪在生物學(xué)上不準(zhǔn)確，但它們類似于秤，因?yàn)檎蛐D(zhuǎn)很容易，但是側(cè)向運(yùn)動(dòng)要困難得多。你可以在我的YouTube視頻中看到輪子的成功結(jié)果。

第9步：滑動(dòng)動(dòng)作（單軸蛇）

我們已經(jīng)討論了鱗片如何幫助蛇前進(jìn)，但我們?nèi)绾尉幊躺?？簡短的回答是我們通過伺服鏈泵送正弦波。但是有關(guān)詳細(xì)信息的更詳細(xì)分析，請(qǐng)查看代碼。請(qǐng)注意，在下面的代碼塊中，我省略了大部分細(xì)節(jié)，只關(guān)注數(shù)學(xué)方面。不要將此代碼放入Arduino中，它不起作用，僅用于解釋目的。而是使用這個(gè)完整的代碼。

該行向10個(gè)伺服器中的每個(gè)伺服器寫入一個(gè)正弦波?；€角度為90度，偏移量變量將控制蛇是向前（偏移= 0）還是向左或向右（偏移= 10或-10），參見上面的GIF。正弦波輸出一個(gè)介于［-1，1］之間的值，該值可以通過乘以幅度來放大。

for（int j=0; j《10; j++）{

myServos［j］.write（90+offset+Amplitude*sin（Speed*rads+j*Wavelengths*Shift））;

}

由于伺服的范圍為［0，180］度，我們必須確保上述值不會(huì)使輸出低于0或高于180.以下while循環(huán)用于將幅度限制在這些邊界內(nèi)。在數(shù)學(xué)上我們必須滿足這個(gè)條件：| offset | + | amplitude | 《= 90

while（MaxAngleDisplacement》90）{

Amplitude=abs（Amplitude）-1;

MaxAngleDisplacement=abs（offset）+Amplitude;

}

要從正弦波獲得所需的輸出，我們必須使用弧度而不是度數(shù)。如果您不確定這里的弧度是一個(gè)簡短的介紹?；旧? * pi弧度= 360度。以下行進(jìn)行了這種轉(zhuǎn)換。

for（int i=0; i《360; i++）{

rads=i*pi/180.0;

}

因?yàn)槊總€(gè)伺服沿著正弦波比前一個(gè)伺服更遠(yuǎn)，我們必須在正弦波代碼中移動(dòng)每個(gè)連續(xù)的電機(jī)。這是使用以下行完成的。然后可以在上面的for循環(huán)中看到移位變量。

float pi=3.14159;

int TotalNumberofServos=10; //change as required

float Shift = 2*pi/TotalNumberofServos;

我們現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)置了基礎(chǔ)工作。我鼓勵(lì)您改變以下變量的值：振幅，速度和波長，以查看它們對(duì)正弦波輸出的影響。

步驟10：英寸蠕蟲（單個(gè)） Axis Snake）

通過觀看英寸蠕蟲的移動(dòng)，可以直觀地理解這種動(dòng)作。代碼在蛇體上傳播一個(gè)簡單的撞擊，每次都向前移動(dòng)一點(diǎn)。我不想在這里插入另一個(gè)代碼塊，所以我將引導(dǎo)你到我的GitHub來查看名為‘InchWorm（）’的函數(shù)中的代碼。

需要注意的一點(diǎn)是通過增加比例可以提高效率。如果您在7:24觀看我的YouTube視頻，特別關(guān)注尾段，您會(huì)發(fā)現(xiàn)它會(huì)前后抖動(dòng)。這表明蛇不只是向前移動(dòng)，每次移動(dòng)也會(huì)略微滑回，降低效率。

步驟11：其他幾何形狀（單軸蛇）

直線（），Cshape（），ubend（）和ring（）函數(shù)都是相當(dāng)自我解釋的，因?yàn)樗鼈儎?chuàng)建了C形彎曲，U形彎曲等，盡管如果你想要我會(huì)說為了攜帶蛇，我發(fā)現(xiàn)ubend（）是最好的形狀，否則蛇就會(huì)在任何地方翻轉(zhuǎn)，因?yàn)榧词箾]有動(dòng)力，舵機(jī)也會(huì)在自身重量下移動(dòng)。

第12步：Sidewinding Motion（雙軸Snake）

在查看代碼之前，請(qǐng)看一下真正的繞行蛇。在前面的鏈接中，通過周期性地抬起部分蛇體并將其自身推向側(cè)面的過程來描述響尾蛇的運(yùn)動(dòng)。為此，我們將在2D蛇的水平和垂直平面上發(fā)送正弦波。在代碼中，這個(gè)動(dòng)作是在函數(shù)‘sidewind（）’中寫的。

你可能會(huì)注意到GIF中的側(cè)向運(yùn)動(dòng)（實(shí)時(shí)運(yùn)行，而不是加速）比質(zhì)量更好。我的YouTube視頻中的側(cè)卷剪輯（以2倍的速度運(yùn)行）。這證明了實(shí)驗(yàn)的重要性，并為變量找到正確的值.GIF中使用的變量導(dǎo)致比我的YouTube視頻更成功的側(cè)繞。在GIF中，變量是：

速度= 2

波長= 1.5

在YouTube視頻中，變量是：

速度= 1

波長= 1.0

要實(shí)現(xiàn)側(cè)繞運(yùn)動(dòng)，必須通過一個(gè)平面發(fā)送正弦波，通過另一個(gè)平面發(fā)送余弦。為此，我通過分別使用偶數(shù)（2 * j）和奇數(shù)（2 * j + 1）編號(hào)系統(tǒng)分離垂直平面中的5個(gè)電機(jī)和水平中的5個(gè)來修改1D情況下的代碼。我們希望其中一條線作為正弦波移動(dòng)而另一條線作為余弦波移動(dòng)。為了控制移動(dòng)方向，我添加了一個(gè)帶有乘數(shù)變量的表達(dá)式（等于1或-1）。根據(jù)乘數(shù)變量的值，代數(shù)表達(dá)式： - （乘數(shù)-1）* pi/4和+（乘數(shù)+ 1）* pi/4，將為0或+ pi/2。請(qǐng)注意sin（x + pi/2）= cos（x）。因此，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了我們的目標(biāo)：一個(gè)平面中的正弦波和另一個(gè)平面中的余弦波，反轉(zhuǎn)波的順序?qū)⒏淖冞\(yùn)動(dòng)方向。

for（int j=0; j《5; j++）{

myServos［2*j］.write（90+offset+amplitude*sin（Speed*rads+j*Wavelengths*shift-（Multiplier-1）*pi/4））; //moves servos in vertical plane

myServos［2*j+1］.write（90+offset+amplitude*sin（Speed*rads+j*Wavelengths*shift+（Multiplier+1）*pi/4））; //moves servos in horizontal plane

}

為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)，我只是稍微修改了上面的代碼，以便蛇的前半部分（引腳A5，4，3，8，7上的電機(jī)）向右側(cè)和后側(cè)側(cè)向旋轉(zhuǎn)蛇的一半（A0，A1，A2，A3，A4上的電機(jī)向左側(cè)）向左側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致向右轉(zhuǎn)動(dòng)（類似的方法可能導(dǎo)致左轉(zhuǎn)）。

for（int j=0; j《3; j++）{

myServos［2*j］.write（90+offset+amplitude*sin（Speed*rads+j*Wavelengths*shift+（Multiplier+1）*pi/4））;

myServos［2*j+1］.write（90+offset+amplitude*sin（Speed*rads+j*Wavelengths*shift-（Multiplier-1）*pi/4））;

}

for（int j=3; j《5; j++）{

myServos［2*j］.write（90+offset+amplitude*sin（Speed*rads+j*Wavelengths*shift-（Multiplier-1）*pi/4））;

myServos［2*j+1］.write（90+offset+amplitude*sin（Speed*rads+j*Wavelengths*shift+（Multiplier+1）*pi/4））;

}

步驟13：敲擊（雙軸蛇）

受到眼鏡蛇的啟發(fā)，使用此代碼，蛇坐等待罷工。代碼是相當(dāng)直接的，因?yàn)樯弑３朱o止，直到它有時(shí)間擊打，此時(shí)它將針腳3和7上的伺服器向前推進(jìn)以攻擊，然后返回其靜止位置。未來的改進(jìn)將包括接近傳感器。

步驟14：評(píng)論樹和管道攀爬（雙軸蛇）

《我想要研究的其中一個(gè)動(dòng)作是爬樹算法，它包括一個(gè)像煙圈一樣的螺旋狀螺旋滾動(dòng)。不幸的是，我的2D蛇不夠長，不能纏繞在樹上?，F(xiàn)在，我將為您帶來卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的視頻，以獲得靈感。如果您想嘗試自己動(dòng)手，我會(huì)指導(dǎo)您閱讀參考部分中的一些鏈接，以了解數(shù)學(xué)。

第15步：未來發(fā)展

以下是我想要做的改進(jìn)列表，但是閱讀這篇Instructable可能會(huì)鼓勵(lì)你自己動(dòng)手去打敗我！如果您使用這些功能構(gòu)建自己的蛇我很想知道！

車載電池，擺脫系繩！

更多伺服系統(tǒng)，更長的蛇形長度，但更緊湊的設(shè)計(jì)

移除松散的電線，而在段之間有針腳接觸

接近傳感器/和/或相機(jī)

嘴巴/舌頭/尖牙/眼睛/嘶嘶聲

自主運(yùn)動(dòng)

爬樹能力

隧道穿越能力

遙控操作

將技術(shù)應(yīng)用到機(jī)器人水下鰻魚

也許最重要的是：重新設(shè)計(jì)3D打印片段，使片段可以輕松旋轉(zhuǎn)90度讓你在1D蛇和2D蛇之間快速切換而不需要打印全新的蛇