大家好，我是零一造物，很高兴能在这里与大家相遇！说来惭愧，写代码那么多年，还是第一次开源🤦♂️，有点小紧张，哈哈哈哈哈。不管怎么样，真心地希望我能给大家带来帮助。
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机械臂ZERO是我在机器人领域的第一次探索，这个项目的诞生源于一个简单的愿望——打造一款高性价比、人人都能拥有的桌面级机械臂。我希望通过它，将机器人领域的核心知识串联起来，从基础的结构设计、运动学原理、控制理论，到前沿的强化学习、大模型等方向，逐步构建一个完整的学习体系。
更重要的是，我想把这段学习旅程分享给所有志同道合的朋友，和大家一起交流想法、碰撞灵感，甚至合作探索更酷的可能性。如果这个项目能为你带来一点点启发或帮助，那将是我最大的快乐！
让我们一起学习，一起进步，一起从零到一！
本项目计划完成如下功能：
- 机械臂结构设计 (已完成，2025-07-09)
- 机器人运动学逆解 (已完成，2025-07-09)
- PID控制 (已完成，2025-07-09)
- 串口控制 （已完成，2025-07-09）
- 手柄控制 （已完成，2025-07-09）
- MQTT远程控制
- WEB可视化平台
- 语音识别
- 语音合成
- 大模型接入
- 数据收集及强化学习 （已完成，2025-10-21）
- Model: 机械臂三维模型文件
- Software: 存放所有代码类文件
2.1. robot: 机械臂嵌入式控制代码 - Simulink： 运动学仿真模型
- BOM: 物料清单
- Deep LR: 深度强化学习
所有物料的型号、数量以及购买链接已全部整理到BOM.xlsx中，整个机械臂的物料成本仅需1300左右。
本机械臂结构采用SolidWorks 2022进行三维建模，推荐大家使用同版本的软件，以便获得完整的设计体验。该软件支持运动仿真，且易于二次开发，我还贴心地给大家转了step文件，放在Model/step目录下。 (此外偷懒没有画螺丝，大家用工具量一下孔洞大小和长度自己匹配一下吧😝)
机械臂主控芯片采用STM32F407，开发工具为STM32官方两兄弟STM32CubeMX和STM32CubeIDE。 STM32CubeMX用于硬件外设初始化, STM32CubeIDE我一般用来DEBUG和程序下载。敲代码我还是喜欢用VSCode，那两兄弟就是工具人🐶。
核心功能代码包括:
- SoftWare/robot/Core/robot.c 机械臂主要控制逻辑
- SoftWare/robot/Core/robot_kinematics.c 机械臂运动学逆解算法
- SoftWare/robot/Core/robot_cmd.c 机械臂支持的串口/网络命令
关键技术栈包括：
- C语言开发
- FreeRTOS操作系统
- 电机与开发板CAN协议通讯
- 机械臂运动学逆解
- PID控制
- MQTT网络协议
串口命令
| 命令 | 参数 | 功能 |
|---|---|---|
| rel_rotate | joint_id angle | 指定关节的旋转指定角度, 支持负数 |
| hard_reset | \ | 硬复位：各关节复位, 直到限位开关触发 |
| soft_reset | \ | 软复位：各关节复位至零点 |
| zero | \ | 将当前位置设置为零点，软复位将基于当前位置进行复位 |
| auto | x y z | 机械臂末端移动到指定位置(x,y,z), 注意坐标方向 |
具体参考：SoftWare/robot/Core/robot_cmd.c的robot_uart1_cmd_table数组定义
本项目的运动学逆解推理和仿真验证均使用MATLAB R2023a。 核心文件包括：
- Simulink/robot_kinematics_sym_v3_0.m 机械臂运动学逆解符号推导过程
- Simulink/model_v1.1/URDF_XG_Robot_Arm_Urdf_V1_1 机械臂urdf文件
- Simulink/URDF_XG_Robot_Arm_Urdf_Control_V3.slx 机械臂运动学逆解simscape仿真验证模型
- Simulink/robot_run.m URDF_XG_Robot_Arm_Urdf_Control_V3.slx的一键启动脚本
本项目使用了 TD3 深度强化学习算法控制机械臂的末端跟踪随机目标位置。物理仿真环境使用Mujoco, 强化学习框架使用Stable-Baselines3，当然我自己也实现了一个裸写了一个TD3算法，大家可自行参考（没验证过哦~, 但我感觉应该没啥问题, 哈哈哈哈） 核心文件包括：
- Deep_RL/robot_arm_env.py 环境惩罚规则代码
- Deep_RL/train_robot_arm.py 训练代码
- Deep_RL/robot_arm_mujoco.xml mujoco模型定义
- Deep_RL/mtd3_robot_arm.ipynb 我写的td3算法😄
训练指令：python train_robot_arm.py
测试指令：python train_robot_arm.py --test --model-path ./logs/best_model/best_model.zip --normalize-path ./logs/best_model/vec_normalize.pkl --episodes 50
- 行星减速器旷量较大, 存在晃动。（还是买太便宜了😝）
- 虽然安装了限位开关用于初始位置定位，但上电时系统无法自动判断复位运动方向，导致复位过程存在不确定性。
- 电路板\电路裸露在外。
- 存3D打印连接件，在负载场景下，存在刚性不足的问题。
这一代机械臂主要以学习为主，性价比高，通过它基本能串联起机器人领域的核心知识，当然有诸多待改进的地方，欢迎大家一起找bug，并向我们提交！
下一代机械臂精度和稳定性都做了升级，加入了更多工业级设计，外观也更赛博（当然价格也小幅上升🐶），如果对性能有要求的小伙伴，可以关注我们第二代机械臂ZERO开发计划！
欢迎大家加入我们的技术交流群！🤖 QQ群：1041684044