科研院所排隊要買的機械手，其實你的3D打印機就能造

AM易道開源項目分享

一個蘋果手機，輕輕拿起放下；

還可以拉開拉環(huán)倒可樂？

這是一只完全3D打印的機械手能做到的。

更讓人意外的是，造出這只手的全部成本只要300美元。

這個叫Aero Hand Open的項目剛在GitHub開源不到一個月，有點東西。

AM易道深入研究后發(fā)現(xiàn)，這個項目給3D打印行業(yè)指出了一條商業(yè)路徑：

用最普通的FDM打印機，就能切入?yún)f(xié)作機器人這個千億級市場。

腱驅(qū)動架構(gòu)：為什么這個設計適合3D打印

傳統(tǒng)機械手要么在每個關節(jié)內(nèi)置電機，要么采用復雜的連桿機構(gòu)，這兩種方案對3D打印都不友好。

Aero Hand選擇了腱驅(qū)動，這個看似古老的方案在3D打印時代煥發(fā)了新生。

AM易道認為，腱驅(qū)動最大的優(yōu)勢在于把所有驅(qū)動器集中在手掌部位，手指本身只需要打印骨架和關節(jié)結(jié)構(gòu)。

這種設計讓整個手掌重量控制在389克，比市面上動輒上千克的工業(yè)機械手輕了一個數(shù)量級。

更關鍵的是，手指內(nèi)部不需要復雜的裝配空間，0.2毫米層高的普通PLA打印就能滿足精度要求。

從打印角度看，TetherIA提供的一鍵打印包已經(jīng)優(yōu)化了每個零件的擺放角度。

大部分零件都采用了45度傾斜設計，這樣既保證了結(jié)構(gòu)強度，又最大程度減少了支撐。

以中指的掌指關節(jié)為例，整個關節(jié)采用模塊化設計，可以獨立打印后再組裝，即使打印失敗也只需要重打單個零件。

BOM清單解讀

AM易道仔細分析了GitHub上的BOM表，這314美元的成本最大頭的開支是7個微型舵機，每個約15美元，總計105美元。

這些舵機采用的是標準的MG90S金屬齒輪舵機，扭矩2.2kg·cm，在淘寶上批量采購可以便宜的多。

電子部分包括一塊ESP32-S3開發(fā)板（約20美元）和兩塊定制PCB。

如果你不想等PCB打樣，完全可以用面包板搭建原型，成本能再降。

有意思的是，TetherIA提供了兩種PCB方案：Board A負責連接所有舵機，Board B則是調(diào)試和供電板。

機械件方面，除了3D打印件，還需要一些標準件以及最關鍵的，釣魚線。

沒錯，就是普通的尼龍釣魚線，0.5mm直徑，用作腱線。

一卷20米的釣魚線不到10塊錢，夠做十只手了。

3D打印材料成本約30美元，按PLA每公斤25美元計算，整手需要約1.2公斤材料。

整體而言，這些東西在國內(nèi)買能打五折。

DIY實戰(zhàn)：從零開始的打印攻略

根據(jù)GitHub上的開源文件，整個機械手需要打印約50個零件。

AM易道建議按照以下順序進行：

先從單個手指開始測試。

每根手指都是獨立模塊，包含三個指節(jié)和相應的關節(jié)結(jié)構(gòu)。

使用0.2毫米層高，20%填充率就足夠，但關節(jié)軸承位置建議提高到40%填充以增加耐磨性。

打印時間每個手指約3-4小時，整手需要15-20小時的打印時間。

材料選擇上，雖然官方推薦PLA，但AM易道認為PETG在商業(yè)應用中會更有優(yōu)勢。

PETG的韌性更好，特別是在腱線頻繁拉動的部位，能顯著延長使用壽命。

電子部分是這個項目的另一個亮點。

TetherIA設計了兩塊定制PCB，但精明的3D打印從業(yè)者完全可以用現(xiàn)成的ESP32開發(fā)板替代。

七個微型舵機通過簡單的PWM信號控制，總功率不超過60W，一個6V10A的開關電源就能驅(qū)動整個系統(tǒng)。

組裝要點

TetherIA的組裝文檔寫得相當詳細，但有幾個關鍵點值得特別注意。

腱線的布線是整個組裝過程的難點。

每根手指需要一條獨立的腱線，從指尖穿過所有關節(jié)到達手掌的舵機。

文檔建議用細鐵絲做引線，先穿過整個通道，再綁上釣魚線拉回來。

舵機的初始位置校準至關重要。TetherIA提供了一個圖形化的校準工具，通過USB連接后可以單獨控制每個舵機。

建議在安裝腱線前先測試每個舵機的運動范圍，標記好零位。

校準不當會導致手指過度彎曲或無法完全伸展。

手掌的裝配順序也有講究。

先安裝大拇指，因為它的運動范圍最大，需要更多調(diào)試空間。

然后依次是食指、中指、無名指和小指。每裝完一根手指都要測試其獨立運動，確保腱線不會相互干擾。

描述這些步驟挺復雜，具體還是得看安裝指南。

軟件生態(tài)：不只是硬件開源

這個項目的軟件棧同樣值得關注。

Python SDK通過pip一行命令就能安裝，提供了簡單直觀的API。

AM易道測試了他們的序列化演示程序，幾十行代碼就能讓機械手做出復雜手勢。

pip install aero-hand-sdk

更專業(yè)的用戶可以使用ROS2接口。

項目提供了完整的URDF模型，可以在Gazebo中仿真，也能直接接入MoveIt做運動規(guī)劃。

這意味著你可以把這只手安裝在任何兼容ROS2的機械臂上，立即獲得抓取能力。

有個細節(jié)，他們的固件是基于ESP32-S3的，支持OTA升級。

這意味著即使手已經(jīng)裝配完成，你也能通過WiFi更新固件，添加新功能。

商業(yè)化思考

這個項目最讓我們興奮的是它展現(xiàn)出的商業(yè)潛力。

AM易道觀察到，目前市場上的協(xié)作機器人末端執(zhí)行器動輒上萬元，而Aero Hand的材料成本只有2000元人民幣左右。

從應用場景看，這款機械手特別適合幾個細分市場。

教育培訓領域，一個能實際工作的五指機械手比任何教具都更有說服力；

康復醫(yī)療領域，可以根據(jù)患者手部數(shù)據(jù)定制尺寸，這是傳統(tǒng)批量生產(chǎn)無法做到的；

農(nóng)業(yè)采摘、食品分揀等輕工業(yè)場景，389克的重量意味著可以安裝在輕型機械臂上，大大降低了整體系統(tǒng)成本。

技術(shù)升級路徑：從基礎版到Pro版

雖然開源版本已經(jīng)相當完整，但AM易道認為還有很大的升級空間。

最直接的改進是在指尖增加壓力傳感器，成本不過幾十元，卻能實現(xiàn)力反饋控制。

TetherIA在文檔中提到的硅膠指尖是個很好的思路，用雙組份硅膠灌注模具，可以顯著提高抓取摩擦力。

控制算法層面，目前的SDK只提供了基礎的位置控制。

如果加入機器視覺和深度學習，讓機械手能夠自主識別物體并規(guī)劃抓取策略，產(chǎn)品價值會提升一個檔次。

好在項目已經(jīng)支持ROS2，接入現(xiàn)有的機器人視覺框架并不困難。

實用技巧：來自社區(qū)的智慧

項目開源一個月，社區(qū)里已經(jīng)積累了不少實用技巧。

還有人嘗試了ASA材料，雖然打印難度更大，但耐溫性能讓機械手可以在戶外環(huán)境使用。

關于腱線張力調(diào)節(jié)，社區(qū)里有個巧妙的方案：

在舵機軸上3D打印一個帶刻度的輪盤，可以精確控制每次調(diào)節(jié)的圈數(shù)。

這個小改進讓維護變得簡單很多。

項目地址：github.com/TetherIA/aero-hand-open

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