【自制】我造了一台 钢 铁 侠 的 机 械 臂 ！【硬核】
造了一台 钢 铁 侠 的 机 械 臂
使用到的软件：
Altium Designer、Fusion360、CLion、RoboDK、XMind
开源资料网址：
1.架构设计图
2.机械结构设计
3.结构设计
4.电路设计
5.总结方案
6.组装环节
7.最终效果
8.软件设计
9.演示环节
10.各种功能开启方式
11.同步现实
1.架构设计图
2.机械结构设计
需要解决的问题：精度问题、性能问题
机器人硬件设计核心三大件：电机、减速器、驱动器
机械臂采用的电机：步行电机
优点：精度最高；
缺點：高转速下力矩比较小（为此配备了减速器）；
机械臂采用的减速器：谐波减速器
减速器目的：降低输出的转速，成倍增加输出力矩
优点：零背隙、高减速比、超小体积
机械臂采用的驱动器：步行电机的一体闭环驱动
目的：保证了驱动精度和体积的最小化
3.结构设计
机身核心部件：6个步行电机和6个谐波减速器
机身主体材料：铝CNC加工
机身装饰材料：3D打印制作
控制电路：集成在本体上
机械臂配色：红色
4.电路设计
涉及模块：电源模块、电机驱动、计算模块、通信系统
搭载交互硬件：WiFi、蓝牙、2.4G
电路：主控制器和电机伺服驱动器
电机伺服驱动器设计方式：电机一体式驱动
功能：支持CAN总线和功率机联
方案：FOC加斩波恒流
优点：添加了高精度的磁编码进行闭环控制，不存在传统步进电机丢步的 风险，最高转速和效率优于3D打印机的驱动器
主控制器设计：基于Cortex-M4内核的MCU，采用冗余设计
M4内核优点：自带FPU和DSP
方案：主控制器REF和板载了ESP32协处理器
优点：作为STM32的安区备份，可以提供WiFi、蓝牙等无线能力
5.总结方案
为了解决精度和性能问题设计的方案：
1.使用进步电机加一体闭环驱动；
2.使用0背隙的谐波减速器；
3.在后续的算法实践中进行高精度补偿；
6.组装环节
7.最终效果
精度测试
8.软件设计
最核心的软件内容：运动学正逆解算法，动力学模型的实现
运动学正逆解算法的作用：机械臂每个关节的角度和最终末端的位置之间正逆解求解关系的
动力学模型的实现的作用：实现碰撞检测和柔性控制，力学反馈等
软件部分还包含
9.演示环节
交互方式：
1.串口交互
2.命令行
3.图形化上位机
双向交互
4.手动协作示教
只需要手动教一遍流程，器械臂可以自动学习重复
10.各种功能开启方式
开启方式：
1.动力学模型，进行自动检测；
2.示教器开启，无线智能小终端；
3.AR技术；
4.同步现实；
无线智能小终端
优点：
1.可以通过低功耗蓝牙和机械臂实现无感连接；
2.可以显示机械臂的各种状态信息；
3.各种功能的切换；
11.同步现实
设计方案：双目相机、AHRS系统、AI算力平台、力传感和力反馈装置、通信模组
设计原理：由双目相机进行目标识别和跟踪定位，获取到准确的手部位置和旋转姿态，同时AHRS系统进行姿态解算来实现
计算平台：华为昇腾的Atlas边缘计算平台
不同功能
1.安装激光器进行三维雕刻；
2.安装画笔进行书画；
3.安装小型的主轴作为6轴雕刻机；
4.安装夹爪完成各种操作（具有力反馈）；
手持控制器
功能：AHRS装置、末端有红外LED（用于双目相机辅助识别）
优点：
1.可以把动作实时同步到机械臂；
2.在控制器可以实时感受到机械臂抓取物体的质感；
