此专题是机器手臂教学的第一部分。在第二部分，我们会设计底座，而第三部分是设计支架。第四部分则是以Arduino进行操控。

机器人最棒的地方是你可以把它们做成任何想要的形态。从小小的Roomba到大型的制造工业用机器手臂，几乎没有形态的限制。

但是，其中有些机器人的难度还是比较高。那些用来生产汽车的机器人不但极度昂贵也极度复杂。但有数以千计的人们能够生产或改组这些机器人，并发现不可思议的应用方法。举例来说，你有看过《地心引力》这部电影吗？所有桑德拉·布洛克在太空中飞行的场景都是用工业机器手臂制造的效果。

我想让你思考的是，如果你能接触到这些机器手臂、能随心所欲来塑造它们、了解如何使用它们的话，你会怎么做？

让我们来思考这个问题。让我们探索如何设计、建造、编写程序，接着使用我们自己的3D打印机器手臂。在接下来的几篇文章中，我们将进行使用计算机辅助制图（CAD）的3D零件模型化、探索需要哪些材料来以低廉的成本制做这种机器手臂，以及如何确保它们能配合我们的设计。

在所有CAD工作都完成之后，我们会3D打印我们的零件，并且组装。接着，我们要学习如何编写程序和操控机器人。再来，就是发挥想象力的时候了。虽然我会用我想应用机器手臂的方式来教你，我更期待看到你的创造。

但我们可别操之过急。首先要做的是设计所有零件。任何专题的第一步都是取得材料。

材料

·小型步进马达、小型减速步进马达 - 5VDC 32步 1/16 齿轮装置 (3) 机器人就是靠它们来动的。务必要够小、够轻、其他马达可以举起的机型。

工具

·游标卡尺

·3D 打印机，在这里使用的是Dremel Idea Builder。

·有CAD软件的计算机

第一步：订购马达

订购小型马达是重要的步骤，因为在机器手臂上增加越多重量，就会越难移动。

我的是从Adafruit买的。

第二步：选择CAD

·寻找合适的CAD可能会很困难、多数学习曲线很陡，而且最好用的大多不是免费的。我使用的程序名为Rhinoceros，所有屏幕画面也都来自它。它是一款专业的CAD工具，有很多建筑师、工业设计师和部分的机械工程师会使用。

·我选择它是因为它速度很快，而且极度精确。它目前在Mac有免费Beta版，但PC版不是免费的。如果无法使用Rhinoceros，或觉得它太复杂，别担心；还有其他优秀的工具可以用来产生3D打印文件。 Autodesk有一款程序名为Fusion 360，免费供学生使用。另外还有长期由Google开发的SketchUp。这些都是很适合的选项，你也可以自己寻找用起来最顺手的。

第三步：测量驱动轴

我从测量驱动轴开始，也就是步进马达驱动时会旋转的那部分，接着以CAD软件尽可能进行最精确的模型化。我用卡尺来测量驱动轴的长、宽和高，这么做是因为我想要整合虚拟模型和马达的真实尺寸。

第四步：模型化真实世界零件（马达模型化）

我用卡尺测量马达的整体来进行模型化。虽然这不是必要步骤，我透过这么做来取得比例参考，帮助我可视化制作手臂组件的方法。

第五步：驱动轴头的偏位

·现在我们要确实进行传动轴头的偏位。这么做是因为设计手臂的时后，我们需要在手臂上加入孔洞，让驱动轴可以放入。我们必须每次都用这个方式来偏位表面，因为3D制造的运作方式中，打印程序不是完美的，故无法依照我们的设计精确打印。我的表面偏位是.02″。

·注：依照此步骤进行至关重要，因为如果没有以偏位来容许不完美，零件便通通无法接合。

第六步：定义形状

取得驱动轴的精确尺寸后，就可以开始设计手臂了。我先在二维空间画出形状，用两个圆圈连接起来，成为手臂的形状。

第七步：挤出形状

这时挤出画出的形状约.375″，如此便形成实心形式。

第八步：修边

接着用修边指令进行修边。对于修边的程度，可能要做些尝试来找到合适的。

第九步：从手臂减去驱动轴

最后使用布尔指令，它会令软件把一个对象从另一个对象减去。在这里它会把驱动轴的形状从手臂对象减去。

第十步：开始打印！

·现在把它放进你的切片软件中，进入打印阶段！

·马达将能够装入模型中的插槽。

结论

下一篇文章中，我会更详细说明如何设计和组装相互接触的各个组件。一步一步地，我们会一起朝更具功能性的机器手臂迈进。

作者：Adam Lukasik