93 lines
5.7 KiB
Markdown
93 lines
5.7 KiB
Markdown
# 🤖 机器人手臂（6自由度参数化机械臂工程）
|
||
|
||
基于 [CadQuery](https://github.com/CadQuery/cadquery) 的参数化 6 自由度人形机械臂建模工程。对标智元灵犀 X1 构型，采用 6 颗 60mm 标准减速电机模组，支持全参数化建模、动态全域碰撞检测、制造文件（STEP/STL）导出及单文件离线三维交互查看器。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 🌟 核心设计特性
|
||
|
||
1. **一体化直锁电机**：全面取消外挂独立端面齿联轴器，所有关节由 3×M2 沉头螺钉直锁电机输出轴，轴向尺寸大幅压缩，刚度显著提升。
|
||
2. **五级流线圆角系统**：建立统一的有机曲面过渡规范（R=1.5mm 微圆角 ~ R=15mm 视觉主导大圆角），彻底消除锐边与机械生硬台阶。
|
||
3. **全行程动态零干涉**：经 `sweep_v2.py` 多进程全域扫描与二分逼近验证，各自由度极限角度下实现 0 碰撞。
|
||
4. **100% 流形单实体**：9/9 构件均为无缝单一实体拓扑，完全杜绝浮动壳体与布尔破碎，满足 FDM/SLA 打印及 CNC 加工要求。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 🚀 快速上手
|
||
|
||
### 1. 编译并导出最新模型
|
||
一键重新生成全部 9 个打印构件、装配体、STEP/STL 制造文件及 3D 查看器数据：
|
||
```bash
|
||
python src/arm_model.py
|
||
```
|
||
> 导出的 STEP 文件保存在 `out/parts_step/`，打印用 STL 保存在 `out/print_stl/`（重跑构建自动更新）。
|
||
|
||
### 2. 全行程动态防碰撞扫描
|
||
多进程并行扫描全关节运动极限硬边界，并更新滑动安全范围：
|
||
```bash
|
||
python src/sweep_v2.py
|
||
```
|
||
|
||
### 3. 三维交互查看器
|
||
- **使用方式**：直接双击打开项目根目录下的 **`机器人手臂3D查看器.html`** 即可在任意浏览器全屏交互查看（纯本地离线单文件，无需任何外网或 CDN）。
|
||
- 支持：全自由度姿态滑块调节、部件爆炸图、单零件孤立透视、应力与干涉显示。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 📁 项目目录结构
|
||
|
||
```
|
||
机器人手臂/
|
||
├── 机器人手臂3D查看器.html # 单文件内置 3D 查看器（双击即用）
|
||
├── README.md # 本说明文档
|
||
├── src/ # 核心源码目录
|
||
│ ├── arm_model.py # ⭐ 唯一权威主力建模脚本（含五级圆角与最新几何）
|
||
│ ├── sweep_v2.py # ⭐ 权威动态碰撞检测与行程扫描工具
|
||
│ ├── arm_build.py # 底层几何基础库与通用装配/导出函数
|
||
│ ├── build_viewer.py # 3D 查看器打包生成脚本
|
||
│ ├── human_layout.py # 机械臂各关节运动学拓扑与唯一事实参数源
|
||
│ ├── shot.py # 渲染截图工具
|
||
│ ├── draw_sheet.py # 2D 工程图纸生成（查看器图纸页数据 sheets.jsdata）
|
||
│ ├── finalize_travel.py # 行程数据维护（从 sweep 明细重建 travel.json）
|
||
│ ├── strength_check.py # 刚度与应力分析
|
||
│ └── torque_balance.py # 关节力矩平衡校核
|
||
├── docs/ # 权威数据与渲染截图（历史报告已清理）
|
||
│ ├── travel.json # 各关节实测行程与硬限位（sweep_v2.py 扫描生成）
|
||
│ ├── travel_detail.json # 逐对扫描明细与组合折叠约束
|
||
│ ├── bom.json # 零件明细与质量属性表（构建自动生成）
|
||
│ ├── collision.json # 静态干涉检测结果（构建自动生成）
|
||
│ └── shots/ # 渲染截图
|
||
├── web/ # 查看器底层模板与几何网格数据 (mesh_arm.json)
|
||
└── out/ # 编译制造产物（重跑 arm_model.py 自动重建）
|
||
├── parts_step/ # 各零件标准 STEP 实体
|
||
└── print_stl/ # 各零件 3D 打印 STL 文件
|
||
```
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 🦾 机械臂构件清单 (P01 ~ P09)
|
||
|
||
| 构件编号 | 构件名称 | 关联驱动关节 | 设计说明 |
|
||
| :--- | :--- | :---: | :--- |
|
||
| **P01** | 胸板 / 安装板 | 根基固定 | 12mm 基础基座，预留 4x M4 紧固位与躯干走线窗 |
|
||
| **P02** | 底脚 / 支撑座 | 根基固定 | 200×320mm 重型防倾覆底盘，提供稳固调试基座 |
|
||
| **P03** | 肩吊臂 / 肩机舱 | J1 驱动抱紧 | 仿生规整风道机舱，带 7 组轴向散热格栅，抱紧 M1 电机 |
|
||
| **P04** | 肩叉 | J1 ➔ J2 | 90° 一体化高刚度正交转向肘，直锁 M1，抱紧 M2 |
|
||
| **P05** | 大臂旋转座 | J2 ➔ J3 | 16 层 Loft 曲面平滑过渡，直锁 M2，后侧刚性抱紧 M3 |
|
||
| **P06** | 大臂骨架 | J3 ➔ J4 | 流线型工字背脊骨架，直锁 M3，下端抱紧 M4 肘电机 |
|
||
| **P07** | 小臂骨架 | J4 ➔ J5 | L 型圆弧强化立柱，大范围自由运动避让，抱紧 M5 |
|
||
| **P08** | 腕偏转座 | J5 ➔ J6 | 16 层 Loft 双曲面过渡，直锁 M5，立式抱紧 M6 腕旋转电机 |
|
||
| **P09** | 工具法兰 | J6 输出 | 直锁 M6 输出轴，标准工业 ISO 法兰（4x M4 螺孔 BCD 40mm） |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 📚 详细文档导航
|
||
|
||
- 📘 **权威数据（工具自动生成）**：
|
||
- [各关节行程与硬限位 travel.json](file:///g:/Robot_v2/机器人手臂/docs/travel.json)（sweep_v2.py 扫描生成，修改几何后必须重扫）
|
||
- [零件明细与质量属性 bom.json](file:///g:/Robot_v2/机器人手臂/docs/bom.json)（构建自动生成）
|
||
- [静态干涉检测结果 collision.json](file:///g:/Robot_v2/机器人手臂/docs/collision.json)（构建自动生成）
|
||
- 🔬 **测试与校验工具**（src/ 目录）：
|
||
- sweep_v2.py — 权威动态碰撞检测与行程扫描
|
||
- strength_check.py / torque_balance.py — 刚度、应力与力矩平衡校核（按需重新生成报告）
|