项目目标
本项目的核心目标是搭建一个低成本、全功能的六自由度机械臂硬件平台，以便在真实设备上构建机器人学和ROS 2的工程能力，而不局限于仿真环境。整套系统覆盖了从底层嵌入式固件、电机闭环控制，到上层运动规划与数字孪生仿真的完整技术栈。同时，该项目也提供了一个验证非常规关节和减速器设计的试验平台，许多结构方案在现有机器人产品中未见先例。
机械架构
每个关节模块均独立设计与制造，之后通过夹紧式碳纤维管连接。这种模块化设计使每个关节可单独迭代，同时可通过更换碳纤维管长度来调整机械臂的工作半径或负载能力。
关节与减速器设计
基座关节：采用传统行星齿轮箱。
肩关节与肘关节：使用分体式行星齿轮箱。其核心结构为两个略微偏移的内齿圈，由一组共用复合行星轮驱动。该设计在紧凑外形下实现了极高扭矩密度，分别达到 70:1 和 40:1 的减速比；同时保持大接触面积以减小塑料齿轮间的应力，且避免了多级传动系统常见的体积庞大和回差问题。
由于该齿轮箱构型不提供常规编码器所需的输出轴，采用定制传感方案：在输出内齿圈周围安装交替极性磁铁，并将磁性编码器以偏移方式垂直于轴线布置，使其能感知交变磁场，等效于一个旋转的径向充磁磁铁。
腕部：采用倒置式皮带差速器，并配备定制轴承轨道，以维持皮带恒定张力，防止打滑。三个腕部电机均置于肘关节后方，起到配重作用，降低腕部惯性，提升动态性能。
嵌入式控制与固件
主控芯片：STM32微控制器（集成于BTT Octopus板）。
固件开发：使用C语言编写定制固件，实现以下功能：
通过SPI总线与6个级联的AS5048a磁性编码器通信（全闭环位置反馈）。
通过CAN总线与树莓派（Raspberry Pi 5）通信，传输关节目标值和状态数据。
执行PID闭环控制算法，生成步进电机驱动脉冲。
实现状态管理与安全保护系统。
电机驱动：采用低成本步进电机及TMC5150驱动器。
上层规划与仿真
运动规划与仿真功能将在树莓派上运行，基于ROS 2框架，并集成MoveIt进行运动规划与数字孪生仿真。此部分仍在开发中。
方案总结
本机械臂为一台由步进电机驱动的迷你六轴机器人，核心特征包括：
3D打印分体式行星齿轮箱（基座/肩/肘）。
倒置皮带差速腕部及定制轴承。
全闭环PID控制（基于SPI级联编码器）。
STM32固件与ROS 2（MoveIt）的CAN总线通讯架构。
整个方案兼具低成本、模块化、高扭矩密度和可扩展性，是一个适合机器人学习与实验的完整硬件平台。