Emo：基于树莓派 4B DIY 桌面伴侣机器人

简介

Emo 是一款个人伴侣机器人，集时尚与创新于一身。他的诞生离不开最新的树莓派 4 技术和先进的设计。他不仅仅是一款机器人，更是一个活生生的存在。与其他机器人不同，他拥有独特的个性和情感，能够俘获你的心灵。

请欣赏介绍视频：
https://www.bilibili.com/video/BV14V411M7qg/ (下方视频如无法显示请点此链接查看)

硬件部分

• 树莓派 4B

• 微雪 2 英寸 IPS LCD 显示屏（240×320 分辨率）

• SG90 型舵机 |2

• MG90 型舵机

• 16 路 12 位 PWM 舵机驱动板

• 801S 震动传感器模块

• 单路 TTP223 触摸传感器模块

• 8 Ω 0.5 W 扬声器模块

• PAM8403 双声道立体声音频放大器模块

• 5 x 7 cm 双面通用 PCB 原型板

• 40 针 2.54 mm 直插式排针排母连接器（分离式针座）

• 304 不锈钢 CSK 沉头十字螺栓 M2 |10

• M3 x 10mm CHHD 螺栓螺母套件

• M3 x 20mm CHHD 螺栓螺母套件

• B-30-1000 电路板飞线（有 PVC 绝缘外层）

• 2mm 厚亚克力板

软件部分

• Autodesk Fusion 360

• Microsoft VS Code

工具部分

• 多功能螺丝刀

• 电烙铁

• 无铅焊锡丝

• 电路板焊接固定夹具

• 助焊剂

• 多功能剥线钳

• 热胶枪

设计理念

我们使用 Autodesk Fusion 360 来设计 Emo 机器人，其中融合了实体和自由形式的建模技术。

为了简化打印过程，我们将机器人的主体分成几个部分，方便用螺钉组装。

我们精心考虑了电源的位置，将它置于底座上，并为电源线的自由移动预留了充足的空间。为了提高机器人运动的稳定性，我们还特意使车身与底座轻微接触。

另外，我们特意选择蓝白配色方案，因为蓝白组合能提升机器人的视觉吸引力。

3D 打印

我们选择 PLA 作为 3D 打印材料，并单独打印每个组件，但这需要花费较长时间。

为了提升底座的耐用性，我们将底座的填充密度设置为 40%，而其他部分则为 20% 。

现在我们已经打印完所有零件，下面请跟着我的步伐开始组装吧！

注：3D 图纸及代码见项目文件库：
https://make.quwj.com/project/464

组装底座

首先，我们将 Micro USB 模块安装在底座上，这将作为机器人的供电接口。

我们将 SW-420 震动传感器放在靠近 USB 模块的位置上，它可以侦测到机器人周围产生的任何振动。

底座部分由以下三根导线组成：VCC、GND 和震动传感器的输出导线。

最后，我们使用 M3 x 10 mm 螺栓将盖子牢牢地固定在底座上。至此我们完成了底座部分的组装。

组装头部

为了让机器人头部具有触控能力，我们采用了一款紧凑型电容式触摸传感器，并将其完美地嵌入到指定区域中。

机器人头部的核心部分是一块微雪的 2 英寸 IPS 显示屏，它承担着传达机器人情感的重要任务。我们使用黑色支架和少量热熔胶将这块显示屏牢牢地固定住。

为了实现音频播放功能，我们机器人在头部左侧集成一枚 8 Ω 0.5 W 扬声器，并搭配 PAM8403 放大器，对树莓派中的声音进行放大。

接着，我们使用 M3 x 15 mm 螺钉将头部下半部分牢牢地固定在机器人的身体上。然后连接之前组装好的头部上半部分，最终完成整个头部的组装。

组装身体

在机身部分，我们安装了三个舵机：两个用于手部的 SG90 型舵机，以及一个用于身体旋转的 MG90 型舵机。为了方便地控制这些舵机，我们采用了 PCA9685-16 通道舵机驱动器。

为了确保稳定性，我们还使用 M2 号螺母和螺栓将 MG90 型舵机固定在机身前部。

我们把 PCA9685 模块放在同一区域，这样能有效地平衡重力。

现在我们开始组装机器人手部。只需把 SG90 型舵机安装到两端，并把它牢牢地固定在舵轴上，就完成了。

我们采用带有排母的原型板来连接树莓派，这种方法比使用导线连接更为高效。同时，通过焊接，我们能保证各个元件正确连接，从而最大程度地降低导线缠绕的可能。

为节约空间，我们使用手机充电器上的公头 USB Type-C 板为树莓派供电。音频传输方面，我们采用了 TRS 音频插孔。

最后，我们用螺栓把树莓派固定在机身背部，至此完成了电源部分的安装。

此外，我们在正面采用了 2 mm 厚透明亚克力板，这可以掩盖住外盖和 LCD 模块之间的缝隙。

电路部分

如下图接线：

编程

接着，我们开始编写生成情感的代码，其中舵机运动和动画是核心部分。为了实现这些复杂的功能，我们采用 Python 的 multiprocessing 包，这使机器人能够同时执行多个任务，从而提高运行效率。

我们已经为你编写好项目代码，你只需克隆到本地即可使用。

git clone https://github.com/CodersCafeTech/Emo.git

值得一提的是，我们使用 Adobe After Effects 软件制作动画，并将其导出为图像序列，这使得它更易于集成到整个系统中。

调试

完成编程后，为确保机器人正常运行，我们需要对所有组件进行测试。

首先安装所需依赖：

pip install adafruit-blinka adafruit-circuitpython-servokit

进入代码文件夹（Code），并执行以下命令启动程序：

python3 final.py

现在你的 Emo 机器人已经开始运行了！当你对他说一些话时，他会分析您的语气并在屏幕上显示相应的表情。

成果

见证奇迹的时刻到了！