很久之前买过一套机械臂，因为工作太忙，所以一直吃灰,到了现在才有空折腾一下。由于当时买的时候只是单机控制的，商家当时配套使用的是Arduino UNO R3的主控板，除了可以用微信控制和PS手柄控制以外没啥亮点（主要我当时还只是个小白，就觉得很神奇）。原主板已经集成好舵机插针和电源接口，之后我试过使用ESP8266 AT固件来接入Blynk，结果发现用AT命令接入是没法配合私有服务器使用的，只能用官服，然后就一直没折腾过了。最近我自己重新设计了一下主控板，主要是以模块化为主，把UNO R3换成ESP8266，实现以WiFi方式接入Blynk平台来控制舵机。
基于道德问题，我这里就不把商家的配套教程资源发出来了，只提供一个机械臂的装配图。毕竟这是人家做的配套产品，人家卖点就是资料配套机械臂的（其实也没什么好发的，要是你熟悉原理以后，就觉得很简单）。本文只给大家说说怎么样组装、基本原理、舵机接线、放出我自己制作的PCB的原理图和GERBER文件（大家可以拿去定做电路板）。
本文应用场景并不单单只应用于6轴的机械臂，同时也可以用于4轴或者2轴云台之类的应用场景。文中的机械臂只是作为一个应用场景来作为项目演示，本文虽然主要以6自由度（6轴即6个舵机），来阐述原理、装配、原理、接入Blynk云平台。

1. 舵机

这里是给小白扫盲的，已经熟悉舵机的可以直接跳过。有关更多舵机的原理和讲解，这里就不再过多论述了，百度一下满大街都是。我建议初次接触舵机的，先去买一个小舵机，找一些示例入门程序测试好并理解好舵机的使用，然后再继续以下内容。

1.1 认识舵机

舵机（又叫伺服电机）是由普通的直流电机，在加上检测电机旋转角度的电路，以及一组减速齿轮组成。当舵机转动时将带动齿轮和电位计，控制电路将从电位计的电压变化得知当前的角度，简要原理图如下：

![](http://www.eeskill.com/Uploads/2014_11/article/6095fcdc5b0eafd41f753c5985d54014.png)

舵机有各种大小（最小只有数克重）、速度（如从0.6~0.5秒内完成60度角移，一般问0.2秒）、扭力（有的可以高达115KG.CM）。不论那种型号的舵机，他们的控制方法都是一样的。
舵机的应用范围很多，例如：航模的摆臂、云台、某些机器人关节、机械臂等等。

1.2 舵机接线

一般的舵机有三根线分别是电源（红色）、负极（黑色或者棕色）、信号（白色或者橙色）。电源大部分为4.8-6之间，有些特殊规格的会有12V或者24V的。市面入门学习比较经典的舵机一般都是SG90，如下图：

1.3 机械臂组装

这里放出装配图，仅供参考，大家不一定百分百的按照我这里组装。途中的支架底盘，你可以按照自己思路选型装配,并不需要跟我这个图装的一模一样。

2. 制作PCB

因为我想做一个比较整洁项目，如果用面包板什么的话那就来凌乱了，所以做出了一个PCB，把ESP8266的引脚引出，并适配做好适合舵机的插口。这里放出我自己做的扩展板原理图和GERBE文件包，需要的可以下载下来拿去定制PCB成品，往下我会说明一下注意事项，文件我会另外开一个帖子专门放上连接。

2.1 功能和特色

全程采用模块化，易修、易装、易拆，适合作为学习板或者创客项目制作使用；
适配ESP8266 D1 Mini 开发板，使用2.54mm母座（8+8PIN），；
电源使用市面常见常用的LM2596模块，尺寸兼容大部分淘宝商家款式；
最大化利用了D1 Mini 的引脚，避免引脚功能浪费：
- 6个通用舵机接口，即插即用；
- 预留一个IIC液晶屏位置，用于用液晶屏显示项目信息之类内容，另外再并联出一个另一个IIC接口，这个就你自己自由发挥了 ;
- 预留数字信号D5、模拟量A0引脚，兼容大部分市面上的电子积木产品（S V G 3P插头），用于其他内容整合，这个也是你自己自由发挥了 ;

2.2 PCB焊接所需要的零件清单

项目名称	数量	单位	备注
ESP8266 D1 Mini	1	块	建议使用普通版
0.96英寸OLED	1	个	IIC接口，SSD1306主控，市面上很多版本，注意引脚必须和我PCB匹配
LM2596降压模块一个	1	个	尺寸：43 X 21 X 14
舵机	1-6	个	0-180°的舵机即可，我这里的是270°。并不要求一定要做成机械臂，也不要求一定要有6个，你可以按自己喜好做成其他项目，例如摄像头小云台之类
KF301-2P接线端子	1	个
四脚轻触式开关	1	个	尺寸：6mm X 6mm

2.3 PCB引脚定义

引脚表示	定义	用途	备注
D0	舵机1	/	建议使用普通版
01	SCL	预留IIC接口	液晶屏或其他IIC传感器
D2	SDA	预留IIC接口	液晶屏或其他IIC传感器
D3	舵机2	/
D4	舵机3	/
D5	D5	预留数字引脚	本文中用于复位WiFi设置用
D6	舵机4	/
D7	舵机5	/
D8	舵机6	/
A0	A0	预留模拟量接口	可以用来接入电压传感器什么的
-	GND	电源GND输入PCB背面铺铜共用地
+	VCC/IN	电源正极	LM2596为5.5-24V输入
OUT+	OUT+	降压模块输出的正极，电压为5V	与舵机插口的正极和PCB的正面铺铜共用5V

2.4 成品图片预览

2.5 舵机在成品PCB中的对应插口顺序图

接下来的代码中定义也是按照这个顺序排序。

3. 事前准备

3.1 软件

这里使用的是Arduino的架构，按下列清单准备好相关环境。

3.1.1 开发环境

PlatformIO或者Arduino IDE

3.1.2 开发环境程序库

3.2 硬件

这里硬件准备，跟上文PCB零件差不多，只是某些零件不是必要的，我这里只是重新整理一下,假如列出没有PCB情况下需要的东西。对于新手来说，最好用我这里发布的PCB，因为接线很简单，我在PCB内已经尽量简化了。本文项目不一定必须全部备齐才能进行，表格里我会说明，凡是标记可选的都可以不准备。

项目名称	数量	单位	备注
ESP8266 D1 Mini或者NodeMCU	1	块
0.96英寸OLED	1	个	IIC接口，SSD1306主控，可选，用于显示OTA进度条和待机网络信息
LM2596降压模块一个	1	个	你可以拿一个5V的电压代替，最好5V-2A左右
面包板	1	块
杜邦线	若干	条
开关	1	个	可选，用于WiFi设置复位，电子积木的开关模块也行

4. 代码

由于避免代码写得过于臃肿，我这里把主程序和其他功能函数分开写了，所以篇幅比较长，手机不方便查看的可以去我的GitHub仓库看，地址：https://github1s.com/chrisxs/Blynk_Projects/blob/main/D1_Mini_Blynk_6_Servo/src/main.cpp 。代码的准确性和时效性按我的GitHub为准，这里是初始版本的代码，连接GitHub速度慢的朋友请往下继续看。

4.1 主程序

#define BLYNK_PRINT Serial

#include <FS.h> //this needs to be first, or it all crashes and burns...
#include <Arduino.h>

/////WiFiManager/////
#include <ESP8266WiFi.h> //https://github.com/esp8266/Arduino
#include <ESP8266WebServer.h>
#include <DNSServer.h>
#include <WiFiManager.h> //https://github.com/tzapu/WiFiManager
#include <ArduinoJson.h> //https://github.com/bblanchon/ArduinoJson

/////OTA/////
#include <ArduinoOTA.h>
#include <WiFiUdp.h>

////Blynk/////
#include <BlynkSimpleEsp8266.h>

/////OLED设置/////
#include "OLED_Setup.h"
/////舵机设置/////
#include "Servo_Setup.h"
/////Blynk舵机滑动条/////
#include "Blynk_Slider.h"
#include "Blynk_POS_Group.h"

#include <string>
#include <stdlib.h>

//用于WiFiManager界面中的变量服务器域名、端口、口令
std::string blynk_server;
std::string blynk_port;
std::string blynk_token;

//标记是否储存
bool shouldSaveConfig = false;

const int ResetButton = D5;
int ResetButtonState = digitalRead(ResetButton);

//回调通知我们需要保存配置
void saveConfigCallback()
{
  Serial.println("Should save config");
  shouldSaveConfig = true;
}

//当Blynk连接时,同步APP端的引脚状态
BLYNK_CONNECTED()
{
  Blynk.syncAll();
  //Blynk.syncVirtual(V1, V2, V3, V4, V5, V6);
}

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  Serial.println();

  pinMode(ResetButton, INPUT_PULLUP);

  AtatchServo();
  ServoDefaultPOS();

  /////OLED/////
  display.init();
  display.flipScreenVertically();
  display.setFont(ArialMT_Plain_10);

  /////WiFiManager/////

  //从JSON中读取
  Serial.println("mounting FS...");

  if (SPIFFS.begin())
  {
    Serial.println("mounted file system");
    if (SPIFFS.exists("/config.json"))
    {
      //如果文件存在即读取和提取
      Serial.println("reading config file");
      File configFile = SPIFFS.open("/config.json", "r");
      if (configFile)
      {
        Serial.println("opened config file");
        size_t size = configFile.size();
        std::unique_ptr<char[]> buf(new char[size]);

        configFile.readBytes(buf.get(), size);

#ifdef ARDUINOJSON_VERSION_MAJOR >= 6
        DynamicJsonDocument json(1024);
        auto deserializeError = deserializeJson(json, buf.get());
        serializeJson(json, Serial);
        if (!deserializeError)
        {
#else
        DynamicJsonBuffer jsonBuffer;
        JsonObject &json = jsonBuffer.parseObject(buf.get());
        json.printTo(Serial);
        if (json.success())
        {
#endif
          Serial.println("\nparsed json");
          blynk_server = json["blynk_server"].as<const char *>();
          blynk_port = json["blynk_port"].as<const char *>();
          blynk_token = json["blynk_token"].as<const char *>();
        }
        else
        {
          Serial.println("failed to load json config");
        }
        configFile.close();
      }
    }
  }
  else
  {
    Serial.println("failed to mount FS");
  }
  //读取部分结束

  WiFiManagerParameter custom_blynk_server("server", "blynk server", blynk_server.c_str(), 40);
  WiFiManagerParameter custom_blynk_port("port", "blynk port", blynk_port.c_str(), 6);
  WiFiManagerParameter custom_blynk_token("blynk", "blynk token", blynk_token.c_str(), 32);
  WiFiManagerParameter custom_text("<p>点击SSID名称选择连接WiFi,并输入密码/服务器地址/设备口令</p>");

  //WiFiManager 初始化对象
  WiFiManager wifiManager;

  wifiManager.setSaveConfigCallback(saveConfigCallback);

  //这里可以加入你要的范围项目
  wifiManager.addParameter(&custom_blynk_server);
  wifiManager.addParameter(&custom_blynk_port);
  wifiManager.addParameter(&custom_blynk_token);
  wifiManager.addParameter(&custom_text);

//当D5（按钮、低电平）被按下，ESP8266就进入重置模式，OLED屏幕会有提示
  if (ResetButtonState == LOW)
  {
    Serial.println("Getting Reset ESP Wifi-Setting.......");
    ResetMode();
    wifiManager.resetSettings();
    delay(5000);

    Serial.println("Formatting FS......");
    SPIFFS.format();

    RebootCountdown();
    ESP.restart();
  }

  ShowAP_SSID();
  if (!wifiManager.autoConnect("RobotArm", ""))
  {
    Serial.println("failed to connect and hit timeout");
    delay(3000);
    //失败后重启ESP8266
    ESP.reset();
    delay(5000);
  }

  //提示WiFi连接成功
  Serial.println("connected.)");

  //读取已被更新的项目
  blynk_server = custom_blynk_server.getValue();
  blynk_port = custom_blynk_port.getValue();
  blynk_token = custom_blynk_token.getValue();
  Serial.println("The values in the file are: ");
  Serial.println("\tblynk_server: " + String(custom_blynk_server.getValue()));
  Serial.println("\tblynk_port : " + String(custom_blynk_port.getValue()));
  Serial.println("\tblynk_token : " + String(custom_blynk_token.getValue()));

  //把以被编辑的项目存储到FS
  if (shouldSaveConfig)
  {
    Serial.println("saving config");
#ifdef ARDUINOJSON_VERSION_MAJOR >= 6
    DynamicJsonDocument json(1024);
#else
    DynamicJsonBuffer jsonBuffer;
    JsonObject &json = jsonBuffer.createObject();
#endif
    json["blynk_server"] = blynk_server.c_str();
    json["blynk_port"] = blynk_port.c_str();
    json["blynk_token"] = blynk_token.c_str();

    File configFile = SPIFFS.open("/config.json", "w");
    if (!configFile)
    {
      Serial.println("failed to open config file for writing");
    }

#ifdef ARDUINOJSON_VERSION_MAJOR >= 6
    serializeJson(json, Serial);
    serializeJson(json, configFile);
#else
    json.printTo(Serial);
    json.printTo(configFile);
#endif
    configFile.close();
    //结束存储
  }

  Serial.println("local ip");
  Serial.println(WiFi.localIP());
  delay(500);

  /////OTA/////
  //OTA主机名为RobotArm
  ArduinoOTA.setHostname("RobotArm");

  ArduinoOTA.onStart([]() {
    String type;
    if (ArduinoOTA.getCommand() == U_FLASH)
    {
      type = "sketch";
    }
    else
    { // U_SPIFFS
      type = "filesystem";
    }

    Serial.println("Start updating " + type);
  });

  ArduinoOTA.onEnd([]() {
    Serial.println("\nEnd");
    display.clear();
    display.setFont(ArialMT_Plain_10);
    display.setTextAlignment(TEXT_ALIGN_CENTER_BOTH);
    display.drawString(display.getWidth() / 2, display.getHeight() / 2, "Restart");
    display.display();
  });

 //OLED显示OTA传输进度条
  ArduinoOTA.onProgress([](unsigned int progress, unsigned int total) {
    display.clear();
    display.drawProgressBar(4, 32, 120, 8, progress / (total / 100));
    display.display();
  });

  ArduinoOTA.onError([](ota_error_t error) {
    Serial.printf("Error[%u]: ", error);
    if (error == OTA_AUTH_ERROR)
    {
      Serial.println("Auth Failed");
    }
    else if (error == OTA_BEGIN_ERROR)
    {
      Serial.println("Begin Failed");
    }
    else if (error == OTA_CONNECT_ERROR)
    {
      Serial.println("Connect Failed");
    }
    else if (error == OTA_RECEIVE_ERROR)
    {
      Serial.println("Receive Failed");
    }
    else if (error == OTA_END_ERROR)
    {
      Serial.println("End Failed");
    }
  });
  ArduinoOTA.begin();
  Blynk.config(blynk_token.c_str(), blynk_server.c_str(), std::atoi(blynk_port.c_str()));
}

void loop()
{
  ArduinoOTA.handle();
  Blynk.run();
  drawinfo();
}

4.2 编写设置舵机和动作组的头文件

Servo_Setup.h

#include <Servo.h>

Servo servo1, servo2, servo3, servo4, servo5, servo6;

void AtatchServo()
{
    servo1.attach(D0);
    servo2.attach(D3);
    servo3.attach(D4);
    servo4.attach(D6);
    servo5.attach(D7);
    servo6.attach(D8);
}

void ServoDefaultPOS()
{
    int pos = 90;
    servo1.write(pos);
    servo2.write(pos);
    servo3.write(pos);
    servo4.write(pos);
    servo5.write(pos);
    servo6.write(pos);
}

void Pos_0()
{
    int pos = 90;
    servo1.write(pos);
    delay(1000);
    servo2.write(pos);
    delay(1000);
    servo3.write(pos);
    delay(1000);
    servo4.write(pos);
    delay(1000);
    servo5.write(pos);
    delay(1000);
    servo6.write(pos);
    delay(1000);

    Blynk.virtualWrite(V1, pos);
    Blynk.virtualWrite(V2, pos);
    Blynk.virtualWrite(V3, pos);
    Blynk.virtualWrite(V4, pos);
    Blynk.virtualWrite(V5, pos);
    Blynk.virtualWrite(V6, pos);
}

void Pos_1()
{
    int pos1 = 145;
    int pos2 = 110;
    int pos3 = 125;
    int pos4 = 149;
    int pos5 = 90;
    int pos6 = 10;
    servo1.write(pos1);
    delay(500);
    servo2.write(pos2);
    delay(500);
    servo3.write(pos3);
    delay(500);
    servo4.write(pos4);
    delay(500);
    servo5.write(pos5);
    delay(500);
    servo6.write(pos6);
    delay(500);

    Blynk.virtualWrite(V1, pos1);
    Blynk.virtualWrite(V2, pos2);
    Blynk.virtualWrite(V3, pos3);
    Blynk.virtualWrite(V4, pos4);
    Blynk.virtualWrite(V5, pos5);
    Blynk.virtualWrite(V6, pos6);
}

void Pos_2()
{
    int pos1 = 145;
    int pos2 = 70;
    int pos3 = 125;
    int pos4 = 150;
    int pos5 = 160;
    int pos6 = 100;
    servo1.write(pos1);
    delay(500);
    servo2.write(pos2);
    delay(500);
    servo3.write(pos3);
    delay(500);
    servo4.write(pos4);
    delay(500);
    servo5.write(pos5);
    delay(500);
    servo6.write(pos6);
    delay(500);

    Blynk.virtualWrite(V1, pos1);
    Blynk.virtualWrite(V2, pos2);
    Blynk.virtualWrite(V3, pos3);
    Blynk.virtualWrite(V4, pos4);
    Blynk.virtualWrite(V5, pos5);
    Blynk.virtualWrite(V6, pos6);
}

void Pos_3()
{
    int pos1 = 90;
    int pos2 = 70;
    int pos3 = 90;
    int pos4 = 160;
    int pos5 = 90;
    int pos6 = 10;
    servo1.write(pos1);
    delay(500);
    servo2.write(pos2);
    delay(500);
    servo3.write(pos3);
    delay(500);
    servo4.write(pos4);
    delay(500);
    servo5.write(pos5);
    delay(500);
    servo6.write(pos6);
    delay(500);

    Blynk.virtualWrite(V1, pos1);
    Blynk.virtualWrite(V2, pos2);
    Blynk.virtualWrite(V3, pos3);
    Blynk.virtualWrite(V4, pos4);
    Blynk.virtualWrite(V5, pos5);
    Blynk.virtualWrite(V6, pos6);
}

4.3 用于设置OLED的头文件

OLED_Setup.h

#include <Wire.h> // Only needed for Arduino 1.6.5 and earlier
#include "SSD1306Wire.h"

SSD1306Wire display(0x3c, D2, D1); // 设置OLED屏幕的名称/引脚/地址

void ShowAP_SSID()
{
  display.clear();
  display.drawString(0, 10, "AP-SSID:RobotArm");
  display.drawString(0, 20, "Password:none");
  display.display();
}

void RebootCountdown()
{
  display.clear();
  display.drawString(5, 25, "Reboot in 5 Sec !");
  display.display();
  delay(1000);

  display.clear();
  display.drawString(5, 25, "Reboot in 4 Sec !");
  display.display();
  delay(1000);

  display.clear();
  display.drawString(5, 25, "Reboot in 3 Sec !");
  display.display();
  delay(1000);

  display.clear();
  display.drawString(5, 25, "Reboot in 2 Sec !");
  display.display();
  delay(1000);

  display.clear();
  display.drawString(5, 25, "Reboot in 1 Sec !");
  display.display();
  delay(1000);
}

void ResetMode()
{
  display.setFont(ArialMT_Plain_10);
  display.clear();
  display.drawString(0, 40, "RESET mode activated .");
  display.drawString(0, 50, "Please wait for reboot !");
  display.display();
}

void drawinfo()
{
  display.setFont(ArialMT_Plain_10);
  display.clear();
  display.drawString(0, 0, "Hostname: " + String(WiFi.hostname()));
  display.drawString(0, 10, "RSSI: " + String(WiFi.RSSI()) + " dB");
  display.drawString(0, 20, "MAC: " + String(WiFi.macAddress()));
  display.drawString(0, 30, "IP: " + String(WiFi.localIP().toString()));
  display.drawString(0, 40, "SSID: " + String(WiFi.SSID()));
  display.display();
}

4.4 用于设置Blynk中的滑动条的头文件

Blynk_Slider.h

/////设置舵机在Blynk中的滑动条虚拟引脚/////
BLYNK_WRITE(V1)
{
  int state = param.asInt();
  servo1.write(param.asInt());
}

BLYNK_WRITE(V2)
{
  int state = param.asInt();
  servo2.write(param.asInt());
}

BLYNK_WRITE(V3)
{
  int state = param.asInt();
  servo3.write(param.asInt());
}

BLYNK_WRITE(V4)
{
  int state = param.asInt();
  servo4.write(param.asInt());
}

BLYNK_WRITE(V5)
{
  int state = param.asInt();
  servo5.write(state);
}

BLYNK_WRITE(V6)
{
  int state = param.asInt();
  servo6.write(state);
}

4.5 用于设置Blynk中的动作组按钮的头文件

Blynk_POS_Group.h

/////动作组按钮-0/////
BLYNK_WRITE(V0)
{
  int state = param.asInt();

  if (state == 1)
  {
    Pos_0();
  }
}

BLYNK_WRITE(V10)
{
  int state = param.asInt();
  if (state == 1)
  {
    Pos_1();
  }
}

BLYNK_WRITE(V11)
{
  int state = param.asInt();
  if (state == 1)
  {
    Pos_2();
  }
}

BLYNK_WRITE(V12)
{
  int state = param.asInt();
  if (state == 1)
  {
    Pos_3();
  }
}

5. 程序运行

以下按顺序讲一下各部分的运行流程。

5.1 使用操作

接入WiFi和Blynk
- 在代码写入后，ESP8266会进入第一次开机（按理来说你的8266不会有存储过任何WiFi配置）。开机后会出现一个名为RobotArm的WiFi热点，默认无密码，直接点击进入即可，如下图：
  ![](https://i.imgur.com/ESuTaS0.jpeg)
- 连接到该热点后，手机一般会自动弹出一个认证网页，如果没有则在浏览器输入192.168.4.1进入WiFi配网界面，见下图
  ![](https://i.imgur.com/7vPWrYq.jpeg)
- 进入后选择configure WiFi，会进入和下图类似的配网界面，直接点击SSID即可选择该SSID，当然你可以手动填入，分别将Blynk Server Blynk Port Blynk Token填好后点击save即可保存,之后设备会自动重启并以你填入的信息连接WiFi和Blynk服务器。
  ![](https://i.imgur.com/30hhwil.jpeg)
- 重启后开机，舵机会对位置复位一次。
Blynk APP端配置
- 新建留个滑动条小组件，用于舵机的微调动作，引脚分别为：V1-V0,分别对应代码中的1-6号舵机
- 新建4个按钮小组件，分别是V0 V10 V11 V12。其中V0对应代码中的Pos0函数，为复位动作组，V10-V12则为对应代码中的Pos1-Pos3函数
Blynk使用
- 滑动条：用于舵机的手动控制和微调。
- 动作组按钮：用于快速控制舵机做出一组动作，我这里只做了4组动作用于演示，大家可以在Servo_Setup.h文件中修改每个组中每个舵机的角度，也可以新建动作组。如果新建动作组，必须要在Blynk_POS_Group.h文件中增加相应的动作组按钮函数。

5.2 硬件使用

OLED部分
- 进度条：当你对更新或者上传代码后，OLED会显示一个进度条，完成后会提示重启Restset
- 开机画面：提示WiFi AP名称和密码
- 待机画面：分别显示SSID HOSTNAME RSSI IP地址 MAC地址
WiFi设置复位
- 关机
- 将D5与GND短路
- 开机
- 液晶屏会提示已经激活充重置模式
- 等待重置成功，OLED会出现提示5秒倒数重启的字符

5.3 演示视频

后续补充

有时间我会制作一下其他方式控制的版本，例如串口、Web界面等；
PCB中的舵机插口我忘记做标识了每个插口上的3个针从左到右分别为：信号 5V GND；
注意舵机的初始安装角度，否则会导致你的舵机转角不正确，严重的会导致舵机卡死堵死烧掉；
在Blynk中，注意调整好滑动条最大活动值，例如初始默认值是滑动条0-1023 ，而你的舵机是270°，这时候你只想要180°的话，那就会出现角度跑过头的情况了；