开源硬件具有技术资料公开、模块化、标准化以及修改的便捷性等优点。运 用开源硬件，你可以同时接触到完成的硬件模块与整体的设计，可以对设计进行

快速的诊断和调整，确保了研究与实验的快捷性[3]。开源硬件会使得软件与硬件 与互联网产业更好的结合，我认为在一定时间里，开源硬件会有很快速的发展， 最终形成硬件产品少儿化、平民化、普及化的基础。

开源需要很多人的贡献和付出，让后来的一个项目不断的完善，让更多的人 低成本的参与进来，即使参与者没有给开源的项目做出贡献，依然可以免费使用 开源的资料，开源是为了让更多人受益为目的的。

通过开源硬件可以实现对激光雕刻机更简单、便利、精准的控制，而且因为 开源硬件完全免费和公开以及庞大的技术讨论社区，你可以随时随地的将设计中 出现的问题向开源社区求助，解决问题，而且甚至可以通过修改硬件来实现新的 功能。

通过激光雕刻机的设计，我们能够正确地运用大学期间学习的课程的基本理 论以及相关知识，了解常见机电一体化产品的构成、特点等，并了解设计方法， 培养学生学生的综合能力，使其拥有设计的初步能力。

1。3 研究现状

1。4 主要研究内容及研究步骤

本文主要是针对激光雕刻机的设计，采用基于开源硬件 Arduino uno r3 为 控制核心的系统设计方案。

本文的主要研究内容如下：

（1）详细分析激光雕刻机的整体机械结构、功能特点和工作原理。根据激光雕 刻机的特点与系统需求设计系统的总体方案。 (2)设计控制系统的硬件方案，详细分析 Arduino uno r3 及 arduino cnc shield V3 扩展板的硬件结构，完成关键模块的芯片与硬件设计。

（3）在个人计算机上开发便于用户使用的辅助软件，辅助软件可以辅助处理加 工图形的设计、编辑、处理加工文件和在线控制激光雕刻机控制系统和运动系统 的运行[10]。用于激光雕刻机的文件包括矢量图，需要逐个分析图形文件的结构并 将文件中的图形读入软件中，由辅助软件进行处理，辅助用户进一步编辑绘制加 工图案。

（4）最后对激光雕刻机系统进行调试，解决调试中的问题。 研究步骤如下：论文网

（1）学习和借鉴国内外研究的产品技术，根据设计要求和原始资料进行初步的 调查。

（2）根据调查的资料，完成开题报告。

（3）分析激光雕刻机的整体结构、功能特点和工作原理。设计系统所需要的总 体方案。

（4）对整个系统进行调试，发现其中问题。通过文献、网络、询问导师等途径 解决发现的问题。

1。5 本章小结

本章主要介绍了课题的研究背景和研究的目的，通过介绍激光雕刻技术和开 源硬件的发展现状和发展趋势分析了国内外的研究现状，最后阐述了本课题的研 究内容、研究步骤、研究方法和研究意义。

第二章 系统原理及总体方案

2。1 激光雕刻机的基本原理

激光雕刻技术是利用激光束聚焦形成的高能量密度的光斑，将材料快速加热 至汽化温度，以去除工件表面的材料，从而获得用户所需要图案的加工方法[2]。

2。1。1 激光雕刻机的结构

本文设计的是基于开源硬件控制系统下的激光雕刻机，本文的激光雕刻机主 要建立在二维的平面坐标上，由 x 轴和 y 轴组成。激光雕刻机的主要组成部分基 本包括：激光头、放射镜和横梁导轨以及步进电机[3]。

图 2-1 激光雕刻机结构图

2。1。2 激光雕刻机的加工原理