一、项目背景

随着3D打印技术的不断发展，其在机械制造领域的应用越来越广泛。3D打印技术不仅可以快速制造复杂的机械结构，还能显著降低制造成本。本项目旨在开发一款基于3D打印技术的机械臂，通过结合开源硬件和软件，实现低成本、高性能的机械臂解决方案。该机械臂将具备多自由度运动能力，支持手机示教和图形化编程，适用于教育、科研和工业应用。

二、项目目标

1. 硬件设计：开发一套基于3D打印技术的机械臂硬件平台，包括机械结构、控制器和电机驱动部分。

2. 功能实现：

- 支持多自由度运动，最大末端负载2.4kg，臂长765mm，重复定位精度0.5mm。

- 支持手机示教和图形化编程。

- 支持联网远程监控。

3. 软件开发：编写适用于该硬件平台的控制软件，实现运动控制和用户交互功能。

4. 测试验证：通过实验室测试和实际场景测试，验证机械臂的性能和可靠性。

三、项目意义

1. 教育意义：为高校和培训机构提供一个实践平台，帮助学生和爱好者学习机械设计、嵌入式系统开发和3D打印技术。

2. 技术探索：通过开发3D打印机械臂，探索3D打印技术在机械制造中的应用，为后续更复杂机械系统的开发积累经验。

3. 应用拓展：3D打印机械臂具有广泛的应用前景，可应用于教育、科研、工业自动化等领域。

四、项目功能

1. 机械结构：

- 使用3D打印技术制造机械臂的主体结构，结合铝型材和同步带，实现低成本、高性能的设计。

- 前三关节采用双电机结构，提高负载能力和精度。

2. 控制器：

- 主控制器采用ESP32-S3芯片，支持WiFi和蓝牙功能，能够输出100KHz脉冲，控制6轴机械臂。

- 8路输入和8路输出，带光电耦合保护电路，方便外接电磁阀。

3. 电机驱动：

- 步进电机驱动采用TB67S109AFTG芯片，支持最大4A电流。

- 磁编码器使用MT6816CT-ACD，14位单圈绝对编码器，最高精度可达0.02°。

4. 软件功能：

- 主控板程序基于开源micropython，支持使用Python语言进行单片机程序开发。

- 驱动板编程基于ESP-IDF库，使用C语言编写。

- 手机控制软件基于开源blockly和bipes编写，支持图形化编程和手机示教。

五、硬件设计

1. 机械结构：

- 使用FreeCAD软件进行3D模型图绘制，支持运动仿真和简单的有限元仿真。

- 机械臂主体采用3D打印技术制造，结合铝型材和同步带，实现低成本、高性能的设计。

2. 控制器：

- 主控制器采用ESP32-S3芯片，支持WiFi和蓝牙功能，能够输出100KHz脉冲，控制6轴机械臂。

- 8路输入和8路输出，带光电耦合保护电路，方便外接电磁阀。

3. 电机驱动：

- 步进电机驱动采用TB67S109AFTG芯片，支持最大4A电流。

- 磁编码器使用MT6816CT-ACD，14位单圈绝对编码器，最高精度可达0.02°。

六、软件设计

1. 主控板程序：

- 基于开源micropython，支持使用Python语言进行单片机程序开发。

2. 驱动板程序：

- 基于ESP-IDF库，使用C语言编写，支持脉冲控制和CAN通信控制。

3. 手机控制软件：

- 基于开源blockly和bipes编写，支持图形化编程和手机示教。