【自制】我造了一臺 鋼 鐵 俠 的 機(jī) 械 臂 ！【硬核】
造了一臺 鋼 鐵 俠 的 機(jī) 械 臂?
使用到的軟件：
Altium Designer、Fusion360、CLion、RoboDK、XMind
開源資料網(wǎng)址：
1.架構(gòu)設(shè)計圖
2.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.電路設(shè)計
5.總結(jié)方案
6.組裝環(huán)節(jié)
7.最終效果
8.軟件設(shè)計
9.演示環(huán)節(jié)
10.各種功能開啟方式
11.同步現(xiàn)實
1.架構(gòu)設(shè)計圖
2.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計
需要解決的問題：精度問題、性能問題
機(jī)器人硬件設(shè)計核心三大件：電機(jī)、減速器、驅(qū)動器
機(jī)械臂采用的電機(jī)：步行電機(jī)
優(yōu)點：精度最高；
缺點：高轉(zhuǎn)速下力矩比較?。榇伺鋫淞藴p速器）；
機(jī)械臂采用的減速器：諧波減速器
減速器目的：降低輸出的轉(zhuǎn)速，成倍增加輸出力矩
優(yōu)點：零背隙、高減速比、超小體積
機(jī)械臂采用的驅(qū)動器：步行電機(jī)的一體閉環(huán)驅(qū)動
目的：保證了驅(qū)動精度和體積的最小化
3.結(jié)構(gòu)設(shè)計
機(jī)身核心部件：6個步行電機(jī)和6個諧波減速器
機(jī)身主體材料：鋁CNC加工
機(jī)身裝飾材料：3D打印制作
控制電路：集成在本體上
機(jī)械臂配色：紅色
4.電路設(shè)計
涉及模塊：電源模塊、電機(jī)驅(qū)動、計算模塊、通信系統(tǒng)
搭載交互硬件：WiFi、藍(lán)牙、2.4G
電路：主控制器和電機(jī)伺服驅(qū)動器
電機(jī)伺服驅(qū)動器設(shè)計方式：電機(jī)一體式驅(qū)動
功能：支持CAN總線和功率機(jī)聯(lián)
方案：FOC加斬波恒流
優(yōu)點：添加了高精度的磁編碼進(jìn)行閉環(huán)控制，不存在傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)丟步的 風(fēng)險，最高轉(zhuǎn)速和效率優(yōu)于3D打印機(jī)的驅(qū)動器
主控制器設(shè)計：基于Cortex-M4內(nèi)核的MCU，采用冗余設(shè)計
M4內(nèi)核優(yōu)點：自帶FPU和DSP
方案：主控制器REF和板載了ESP32協(xié)處理器
優(yōu)點：作為STM32的安區(qū)備份，可以提供WiFi、藍(lán)牙等無線能力
5.總結(jié)方案
為了解決精度和性能問題設(shè)計的方案：
1.使用進(jìn)步電機(jī)加一體閉環(huán)驅(qū)動；
2.使用0背隙的諧波減速器；
3.在后續(xù)的算法實踐中進(jìn)行高精度補(bǔ)償；
6.組裝環(huán)節(jié)
7.最終效果
精度測試
8.軟件設(shè)計
最核心的軟件內(nèi)容：運(yùn)動學(xué)正逆解算法，動力學(xué)模型的實現(xiàn)
運(yùn)動學(xué)正逆解算法的作用：機(jī)械臂每個關(guān)節(jié)的角度和最終末端的位置之間正逆解求解關(guān)系的
動力學(xué)模型的實現(xiàn)的作用：實現(xiàn)碰撞檢測和柔性控制，力學(xué)反饋等
軟件部分還包含
9.演示環(huán)節(jié)
交互方式：
1.串口交互
2.命令行
3.圖形化上位機(jī)
雙向交互
4.手動協(xié)作示教
只需要手動教一遍流程，器械臂可以自動學(xué)習(xí)重復(fù)
10.各種功能開啟方式
開啟方式：
1.動力學(xué)模型，進(jìn)行自動檢測；
2.示教器開啟，無線智能小終端；
3.AR技術(shù)；
4.同步現(xiàn)實；
無線智能小終端
優(yōu)點：
1.可以通過低功耗藍(lán)牙和機(jī)械臂實現(xiàn)無感連接；
2.可以顯示機(jī)械臂的各種狀態(tài)信息；
3.各種功能的切換；
11.同步現(xiàn)實
設(shè)計方案：雙目相機(jī)、AHRS系統(tǒng)、AI算力平臺、力傳感和力反饋裝置、通信模組
設(shè)計原理：由雙目相機(jī)進(jìn)行目標(biāo)識別和跟蹤定位，獲取到準(zhǔn)確的手部位置和旋轉(zhuǎn)姿態(tài)，同時AHRS系統(tǒng)進(jìn)行姿態(tài)解算來實現(xiàn)
計算平臺：華為昇騰的Atlas邊緣計算平臺
不同功能
1.安裝激光器進(jìn)行三維雕刻；
2.安裝畫筆進(jìn)行書畫；
3.安裝小型的主軸作為6軸雕刻機(jī)；
4.安裝夾爪完成各種操作（具有力反饋）；
手持控制器
功能：AHRS裝置、末端有紅外LED（用于雙目相機(jī)輔助識別）
優(yōu)點：
1.可以把動作實時同步到機(jī)械臂；
2.在控制器可以實時感受到機(jī)械臂抓取物體的質(zhì)感；
