CURRICULUM 1.0.0+bc95463f48e6 · beginner
制作精密的 5 仿生机器人手
学生将理解执行器、控制器、传感器集成及肌腱驱动机制，并能够对精密机器人手进行原型制作。
TIME100.0h
MODULES9
BUDGET₩4500000–6500000
REVIEWED2026-08-29
YOUR FIELD LOG
学习进度
已完成 0%
这是一个大学及研究生水平的实践型课程，从机器人工程基础出发，指导学生自行设计、制作、控制和验证 5 仿生机器人手。
学生将理解执行器、控制器、传感器集成及肌腱驱动机制，并能够对精密机器人手进行原型制作。
STUDY MAP
课程体系
理论与设计基础
制作与组装
- 3D 打印及零部件加工15.0 小时 · 理解使用碳纤维增强 PC 线材(PC-CF)进行零部件制作及优化打印设置。
- 轴承及锁紧件安装10.0 小时 · 理解精密机器人手制作所需的轴承及轴的机械公差与安装原理。
- 配线与安全断电构建10.0 小时 · 理解执行器驱动所需的独立 12 V 电源分支构建方法。
控制与验证
- 固件开发与控制15.0 小时 · 理解 DYNAMIXEL 智能执行器通信及控制框架。
- 传感器集成与反馈控制10.0 小时 · 理解使用 FSR 402 传感器和 10 kΩ 电阻构建分压电路的原理
- 性能测试与验证10.0 小时 · 设计用于验证机械手精度及重复性的定量测试指标
BILL OF MATERIALS
零件与工具
| 零件 | 型号 / 制造商 | 数量 | 关键规格 | 选型与兼容信息 |
|---|---|---|---|---|
| DYNAMIXEL 智能执行器肌腱及关节驱动 | XM430-W350-Trobotis | 11 |
| 集成位置、速度、电流反馈的精密驱动器 替代方案: 同通信规格的 DYNAMIXEL X 系列兼容性: DYNAMIXEL Protocol 2.0, 12 V 电源分支 |
| 内置 DYNAMIXEL 端口的机器人控制板在无需额外通信桥接的情况下，执行执行器指令、传感器采集、运行状态机 | OpenCR 1.0robotis | 1 |
| 去除了外部 RS-485/TTL 桥接器及终端/上拉电路，提高了可再现性和安全性 替代方案: 内置 DYNAMIXEL TTL 端口的同级 ROBOTIS 控制器兼容性: 内置 DYNAMIXEL TTL x 3, 内置 DYNAMIXEL RS-485 x 3, 直接连接 XM430-W350-T, FSR 402 分压电路仅使用 3.3 V 传感器电源, 模拟输入信号不超过 0~3.3 V 范围, 12 V 执行器电源与 ADC/传感器电路隔离 |
| 绝缘台式电源适配器为执行器 12 V 分支供电 | GST160A12-R7Bmeanwell | 3 |
| 在无外露 AC 端子的情况下，为 4/4/3 台执行器配置独立的低压 DC 分支 替代方案: 同级绝缘 12 V 适配器 - 每个分支 11.5 A 以上兼容性: 每个适配器输出用作独立保险丝分支, 绝对禁止正极 (+) 输出并联, 独立分支总额定值 34.5 A >= 执行器峰值 25.3 A, 每个输出必须保持独立分支，绝对禁止并联正极 (+) 输出, 3 个分支按执行器 4/4/3 台进行分配, 每个分支使用 10 A 保险丝及可接触的物理断电手段 |
| 指尖力传感传感器测量指尖接触力及抓取力反馈 | FSR Model 402interlinkelectronics | 5 |
| 在薄指尖结构中获取接触力反馈 替代方案: 具有官方数据手册的薄膜力传感器兼容性: 放置在指尖垫下, 需要 ADC 输入分压电路 |
| FSR 分压用 10 kΩ 电阻与 FSR 402 构建分压器，通过 OpenCR ADC 获取力信号 | Adafruit Product 2784adafruit | 5 |
| 明确实验所需的分压电阻数量及电气额定值 替代方案: 10 kΩ, 0.25 W 以上, 5% 以下轴向电阻兼容性: 每个 FSR 402 对应 1 个电阻 1 个, OpenCR ADC 输入 |
| 分支用锁定连接器各手指电源/信号线束的可拆卸分支 | Micro-Fit 3.0molex | 12 |
| 减少振动导致的脱落，简化手指模块更换 替代方案: 具有官方额定值的同级锁定型分支连接器兼容性: 仅用于 10 A 适配器分支保险丝下游的单独执行器/手指线束, 每个连接器的最大电流限制为 XM430 1 台的 2.3 A, 请勿用于 9.2 A 集合分支 |
| ATO 线束内分支保险丝座为各 12 V 适配器的正极 (+) 输出安装 10 A 分支保险丝 | 0AFH0001Zlittelfuse | 3 |
| 将各分支过流保护元件固定在布线图和采购清单中 替代方案: 32 VDC 以上, 连续 15 A 以上 ATO 线束内座兼容性: 0287010 ATOF 10 A 保险丝, GST160A12-R7B 独立分支 |
| 10 A ATOF 分支保险丝4/4/3 台执行器独立分支的过流保护 | 0287010.Ulittelfuse | 3 |
| 保护额定值低于 11.5 A 电源分支且高于 9.2 A 峰值，以防止布线故障 替代方案: 同 ATO 规格 10 A, 32 VDC 以上保险丝兼容性: 0AFH0001Z 座, 每个分支最多 4 台执行器，堵转总和 9.2 A |
| Dyneema SK78 高强度纤维肌腱将执行器张力传递至手指关节 | D-Pro 1.5 mm / 01505-0150-010liros | 1 |
| 使用明确直径、断裂载荷、伸长率的产品，确保肌腱更换的可再现性 替代方案: 直径 1.5 mm，断裂载荷 230 daN 以上的可追溯 Dyneema SK78 线兼容性: 绞盘边缘圆角处理, 必须进行反复弯曲测试 |
| FDM 结构用碳纤维 PC 耗材手指连杆及手掌框架制造 | Prusament PC Blend Carbon Fiberprusa3d | 1 |
| 使用现有的 FDM 设备制造结构件，满足刚性和尺寸稳定性要求 替代方案: 具有官方物理属性表的 FDM 工程耗材兼容性: FDM 3D 打印机, 硬化钢喷嘴必备 |
| 无油聚合物衬套轴承管理手腕及高负载旋转轴的摩擦和间隙 | JSM-0810-10igus | 4 |
| 无油结构减少了维护和污染 替代方案: 同 8×10×10 mm 规格的官方衬套轴承兼容性: 8 mm 轴, 10 mm 推荐公差外壳孔 |
| 8 mm 精密铝轴JSM-0810-10 轴承的手腕/关节旋转轴 | AWMP-08igus | 2 |
| 在采购阶段固定轴承内径和轴直径，减少间隙误差 替代方案: 与 JSM-0810-10 兼容的公差明确的 8 mm 轴兼容性: JSM-0810-10 内径 8 mm, 组装长度切割并倒角 |
| M3 内六角圆柱头螺钉指关节连杆、传感器支架、手掌框架连接 | M3×10 JIS B 1176misumi | 40 |
| 固定标准规格，使 CAD 孔与装配工具一致 替代方案: 同 M3×0.5 规格的可追溯圆柱头螺钉兼容性: M3×0.5 嵌件螺母, 2.5 mm 六角扳手 |
| M3 黄铜热熔螺纹嵌件在 PC-CF 打印件中形成可反复装配的 M3 内螺纹 | HTBI-M3-BRaccu-components | 40 |
| 相比直接在打印件上锁螺丝，提高了重复拆卸的再现性 替代方案: 同 4.4×5.8 mm 规格的 M3 黄铜热熔嵌件兼容性: M3×0.5 圆柱头螺钉, PC-CF 打印件 4.0 mm 引导孔 |
FINAL BUILD
智能 5 指机械手最终制作与测试
提交物
评分标准
- 机械精度及可操作性评估
- 实时控制算法实现水平
- 计划停机后维护/靠近前，物理断电与无源测量流程记录的完整性
- 文档（BOM，图纸）的完整性
- 测试数据分析及性能验证
安全标准
- 计划停机后维护/靠近前，物理分离 3 个绝缘电源适配器，并记录各分支残余电压在直流电压档下低于 1 V
- 检查各独立电源分支的 10 A 保险丝额定值及时间-电流特性
- 在固定夹具上完成空载测试后，逐步增加抓取负载
- 在切割、钻孔、肌腱张力及抓取测试期间必须佩戴护目镜以防冲击
RESEARCH LEDGER
参考资料
- Introduction to Robotics: Mechanics and Control - John J ... John J.Craig-Introduction to Robotics Mechanics and Control ... Introduction to robotics : mechanics and control : Craig ... Introduction to Robotics: Mechanics and Control (3rd Edition) Introduction to robotics : mechanics and control : Craig ... Introduction to Robotics: Mechanics and Control - John J ...books.google.com · textbook · 2026-08-29
- Intelligent soft robotic gripper for non-destructive grasping ...nature.com · paper · 2026-08-29
- DCX 10 L 10 mm, precious metal brushes, DC motor DCXmaxongroup.com · datasheet · 2026-08-29
- ESP32 Wi-Fi & Bluetooth SoC | Espressif Systemsespressif.com · datasheet · 2026-08-29
- 1910.212 - General requirements for all machines ...osha.gov · standard · 2026-08-29
- Underactuated Roboticsunderactuated.mit.edu · university · 2026-08-29
- Ruka-v2: Tendon Driven Open-Source Dexterous Hand with Wristarxiv.org · paper · 2026-08-29
- US11325264B1 - Tendon-driven robotic handpatents.google.com · patent · 2026-08-29
- XM430-W350 e-Manualemanual.robotis.com · datasheet · 2026-08-29
- FSR Model 402interlinkelectronics.com · datasheet · 2026-08-29
- OpenCR 1.0emanual.robotis.com · technical_documentation · 2026-08-29
- Micro-Fit 3.0 Connector Family Specificationcontent.molex.com · datasheet · 2026-08-29
- GST160A12-R7B Enclosed Desktop Power Adaptermeanwell.com · datasheet · 2026-08-29
- D-Pro 1.5 mmliros.com · technical_documentation · 2026-08-29
- iglide J JSM-0810-10 Sleeve Bearingigus.com · technical_documentation · 2026-08-29
- drylin R Metric Aluminum Precision Shaft AWMPigus.com · technical_documentation · 2026-08-29
- Prusament PC Blend Carbon Fiberprusa3d.com · technical_documentation · 2026-08-29
- Socket Head Cap Screws Technical Datain.misumi-ec.com · technical_documentation · 2026-08-29
- M3 Heat-Fix Threaded Inserts HTBI-M3-BRaccu-components.com · datasheet · 2026-08-29
- ATO AFH Series In-Line Fuse Holderlittelfuse.com · datasheet · 2026-08-29
- ATOF 287 Series 10 A Blade Fuselittelfuse.com · datasheet · 2026-08-29
- 10K Ohm 5 Percent 1/4W Through-Hole Resistorsadafruit.com · technical_documentation · 2026-08-29