CNC Drum Plotter: 13 Addım (Şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:46

Bu təlimat, plastik borunun bir hissəsindən, iki BYJ-48 pilləli mühərrikdən və SG-90 servodan hazırlanan A4/A3 çəkicini təsvir edir. Əslində, tambura yuvarlanan düz yataqlı bir planterdir.

Bir motor tamburu döndərir, digəri isə çap başını hərəkət etdirir. Qələmi qaldırmaq və aşağı salmaq üçün servo istifadə olunur.

Bu süpürgə çəkicinin ənənəvi yastı qurucudan bir sıra üstünlükləri var:

• əhəmiyyətli dərəcədə kiçik iz
• yalnız bir xətti bələdçi rayına ehtiyac var
• qurmaq sadədir
• ucuz

Bortlu tərcüməçi, Inkscape-dən gcode çıxışını qəbul edir.

Plotter ilə əlaqə bluetooth bağlantısı vasitəsi ilə həyata keçirilir.

Plotter mənim göstərişli

Həssas bir alət olmasa da, bu qələm çəkicinin dəqiqliyi akvarel konturlarını kağıza köçürmək məqsədi ilə qənaətbəxşdir.

Addım 1: Dövrə

Dövrə, Arduino UNO R3 mikro nəzarətçisindən və ayrı -ayrı komponentlərin quraşdırıldığı xüsusi bir qalxandan ibarətdir. Güc 5 volt 1 amperlik bir xarici tənzimləyici vasitəsi ilə verilir. Orta cərəyan 500 mA civarındadır.

BYJ-48 pilləli mühərriklər PORTB (pinlər D8, D9, D10, D11) və PORTC (pinlər A0, A1, A2, A3) -ə bağlanır. SG-90 qələm qaldırıcı servo D3 pininə bərkidilir.

Arızalana biləcək 560 ohm rezistorlar, bir şey səhv olarsa, arduino üçün qısa qapanma qoruması təmin edir. Təchizat relsləri arasında "atlayıcılar" rolunu oynadıqları üçün qalxanı tellə bağlamağı da asanlaşdırırlar.

1k2 və 2K2 rezistorlar, arduinodan 5 volt çıxışı 3,3 volta endirərək HC-06 bluetooth modulunun [1] zədələnməsinin qarşısını alır.

[1] Kodunu USB portu vasitəsilə arduinoya yükləyərkən HC-06 bluetooth modulunu ayırın. Bu, hər hansı bir serial port ziddiyyətinin qarşısını alacaqdır.

Addım 2: Xətti Sürücü

Xətti sürücü 3 mm x 32 mm uzunluğunda alüminium çubuq, alüminium təbəqə zolağı və dörd kiçik bilyalı kasnaqdan hazırlanır.

Alüminium əksər hardware mağazalarında mövcuddur. U624ZZ 4x13x7mm U-yivli kasnaqlar https://www.aliexpress.com saytında mövcuddur.

Sadə əl alətləri sizə lazım olan hər şeydir. Alüminium çubuğu ölçülərinizə uyğun olaraq kəsin.

Motor qurğusu

BJY-48 pilləli motoru bir tərəfdən çubuqdan keçirin və motor milinə GT2 20 dişli, 5 mm delikli, kasnağı bağlayın. İndi çubuğun digər ucuna başqa bir GT2 kasnağını bağlayın ki, kasnaq sərbəst şəkildə dönə bilsin. Buna nail olmaq üçün 5 mm diametrli boru (radio) boşluq və 3 mm bolt istifadə etdim.

İndi kasnakların ətrafında GT2 zamanlama kəmərinin uzunluğunu döndərin. Zamanlama kəmərinin uclarını yarıya bükməklə birləşdirin ki, dişlər bir-birinə bükülsün və bir kabel bağı ilə düzəldilsin.

Nəhayət, vaqon tertibatını kabel bağlayıcısı ilə zamanlama kəmərinə bağlayın.

Yük maşını

Taşıma qurğusu, U624ZZ kasnaqlarının bərkidildiyi alüminium təbəqədən [1] hazırlanmışdır. Lazım gələrsə, alüminium təbəqədən kasnaqları boşaltmaq üçün 4 mm -lik yuyucudan istifadə edin.

4 mm yivə malik olan kasnaqlar alüminium çubuğun yuxarı və aşağı hissələrini şaquli bir hərəkət etmədən hələ də alüminium zolaq sola və sağa sərbəst hərəkət edir.

Taşıyıcının sərbəst hərəkət etməsini təmin etmək üçün əvvəlcə yuxarı iki kasnağı monte edin, sonra kasnaklar çubuğa oturaraq, alt iki kasnağın mövqelərini qeyd edin. Bu iki kasnağın delikləri indi qazıla bilər. Daha böyük 4 mm matkapın sürüşməsinin qarşısını almaq üçün əvvəlcə kiçik bir "pilot" matkabı istifadə edin.

Alümium şeridini "U" halına bükməzdən əvvəl, qələm diametrinizə uyğun olaraq yuxarı və aşağı bir delik açın. İndi döngələri tamamlayın.

Zamanlama kəmərini bir kabel bağlayıcısı və üst iki kasnaq arasında 3 mm bolt ilə vaqon qurğusuna bağlayın.

Qələm qaldırma qurğusu

SG-90 servosunu bir və ya iki kabel bağlayıcısından istifadə edərək vaqonun üst hissəsinə bağlayın.

Qələminizi qazdığınız iki çuxura atın. Qələmin sərbəst şəkildə yuxarı və aşağı sürüşməsini təmin edin.

Qələminizə "yaxa" bağlayın ki, servo qələm yuxarı vəziyyətdə olarkən qələm tamburdan təmiz olsun.

[1] Alüminium təbəqənin hər iki tərəfini iti bıçaqla (qutu kəsici) vuraraq kəsib masanın kənarına əyməklə kəsilə bilər. Bir neçə qıvrım və vərəq düz bir fasilə buraxaraq qırılacaq. Qalaydan fərqli olaraq bu üsul alüminiumu bükmür.

Addım 3: Baraban

Tambur, iki taxta uclu plastik borudan ibarətdir [1].

Borunun daxili yarıçapına qoyulmuş bir kompas istifadə edərək uc fişinin konturlarını çəkin. İndi hər bir konturu incə bir bıçaq mişarı ilə kəsin ("öhdəsindən gəlmək", "kədərlənmək"), sonra taxta tırmığın köməyi ilə hər bir uc fişini uyğunlaşdırın. Kiçik çuxurlu taxta vintlərdən istifadə edərək uc fişlərini bərkidin.

Hər bir ucun mərkəzindən keçən 6 mm-lik bir mühəndislik boltu oxu təşkil edir.

Baraban Ölçüləri

Tamburun ölçüləri kağız ölçüsünə görə müəyyən edilir. 100 mm diametrli tambur A4 portreti və A3 mənzərəsini dəstəkləyir. Tambur diametri 80 mm yalnız A4 mənzərəsini dəstəkləyəcəkdir. Ətrafsızlığı azaltmaq üçün mümkün qədər kiçik bir tambur diametri istifadə edin … BYJ-48 mühərrikləri yalnız kiçikdir.

Tamburun diametri 90 mm olan A4 portret və A3 mənzərə kağızı üçün idealdır, əks tərəflər, tamburun ətrafına büküldükdə təxminən 10 mm üst -üstə düşür, bu da onu yapışdırmaq üçün yalnız bir tikişiniz var deməkdir.

Tamburun fırlanması

Tamburun sərbəst dönə bilməsi üçün hər bir ox alüminium ucundan keçir. Uçma üzgüçülüyü, bir ucunda oxa bərkidilmiş bir GT-2, 20 diş, 6 mm delik, kasnak vasitəsi ilə qarşısı alınır. Davamlı bir GT-2 zamanlama kəməri, BJY-48 dişli pilləli motoru tambura bağlayır. Mühərrikə 5 mm diametrli bir kasnaq lazımdır.

[1] Plastik uc tıxaclar əksər boru diametrləri üçün mövcuddur, lakin içəriyə deyil, borunun üstünə oturduqları üçün və plastik əyilməyə meylli olduğu üçün rədd edildi. Boltların yerinə davamlı bir ox istifadə edilsə, yəqin ki, hər şey yaxşı olardı … amma sonra oxu uç fişlərinə bağlamaq üçün bir üsula ehtiyacınız var.

Addım 4: Tikinti Məsləhətləri

Qələmin tamburun ortasında hərəkət etdiyinə əmin olun. Bu, taxta dayaqların künclərini kəsməklə əldə edilə bilər. Qələm mərkəzdən kənarda olarsa, tamburun yan tərəfinə sürüşməyə meyllidir.

İki qələm deliğinin dəqiq qazılması vacibdir. Qələm bələdçisindəki və ya vaqon qurğusundakı hər hansı bir yellənmə X oxu boyunca titrəmələrə səbəb olacaq.

GT-2 zamanlama kəmərlərini həddindən artıq sıxmayın … sadəcə gərilmək lazımdır. BYJ-48 pilləli mühərriklərdə çox tork yoxdur.

BJY-48 pilləli mühərriklər, X oxu boyunca əhəmiyyətsiz olan, lakin Y oxuna gəldikdə narahatlıq yaradan kiçik miqdarda əks təsir göstərir. Bunun səbəbi, Y oxlu motorun bir fırlanmasının tamburun bir fırlanmasına bərabər olmasıdır, qələm arabasının isə tamburun uzunluğunu keçmək üçün X oxlu motorun bir çox dönüşü tələb olunur. Barabanda sabit bir fırlanma anı saxlamaqla hər hansı bir Y oxu boşluğu aradan qaldırıla bilər. Sadə bir üsul, tambura bükülmüş bir neylon kordona kiçik bir çəki bağlamaqdır.

Addım 5: Bresenhamın Çizgi Alqoritmi

Bu plotter Bresenhamın xətt çəkmə alqoritminin optimallaşdırılmış versiyasından [1] istifadə edir. Təəssüf ki, bu alqoritm yalnız 45 dərəcədən az və ya bərabər olan xətt yamaclarında (yəni dairənin bir oktantı) keçərlidir.

Bu məhdudiyyətin öhdəsindən gəlmək üçün bütün XY girişlərini ilk "oktant" a "xəritələyirəm", sonra plan qurmaq vaxtı gəldikdə onları "açaram". Buna nail olmaq üçün giriş və çıxış xəritələşdirmə funksiyaları yuxarıdakı diaqramda göstərilmişdir.

Törəmə

Bresenham alqoritmi ilə tanışsınızsa, bu addımın qalan hissəsi buraxıla bilər.

(0, 0) ilə (x1, y1) arasında bir xətt çəkək:

• x1 = 8 = üfüqi məsafə
• y1 = 6 = şaquli məsafə

Mənşəyindən keçən (0, 0) düz bir xətt üçün tənlik y = m*x tənliyi ilə verilir, burada:

m = y1/x1 = 6/8 = 0.75 = yamac

Sadə alqoritm

Bu xətti qurmaq üçün sadə bir alqoritm:

• int x1 = 8;
• int y1 = 6;
• float m = y1/x1;
• süjet (0, 0);
• üçün (int x = 1; x <= x1; x ++) {
• int y = yuvarlaq (m*x);
• süjet (x, y);
• }

Cədvəl 1: Sadə Alqoritm

x	m	x*x	y
0	0.75	0	0
1	0.75	0.75	1
2	0.75	1.5	2
3	0.75	2.25	2
4	0.75	3	3
5	0.75	3.75	4
6	0.75	4.5	5
7	0.75	5.25	5
8	0.75	6	6

Bu sadə alqoritmdə iki problem var:

• əsas döngədə yavaş olan bir vurma var
• Yavaş olan üzən nöqtə nömrələrindən istifadə edir

Bu xətt üçün y ilə x arasındakı qrafik yuxarıda göstərilmişdir.

Bresenham alqoritmi

Bresenham sıfıra başlanılan 'e' səhv termini anlayışını təqdim etdi. Cədvəl 1 -də göstərilən m*x dəyərlərinin ardıcıl olaraq 'e' ə 'e' əlavə edilməsi ilə əldə edilə biləcəyini başa düşdü. O, y -nin yalnız m*x -in kəsr hissəsi 0,5 -dən çox olduğu təqdirdə artdığını başa düşdü. Müqayisəsini 0 <= 0.5 <= 1 aralığında saxlamaq üçün y artdıqca 'e' dən 1 çıxarır.

• int x1 = 8;
• int y1 = 6;
• float m = y1/x1;
• int y = 0;
• float e = 0;
• süjet (0, 0);
• üçün (int x = 1; x <= x1; x ++) {
• e+= m;
• əgər (e> = 0.5) {
• e -= 1;
• y ++;
• }
• süjet (x, y);
• }

Cədvəl 2: Bresenham Alqoritmi

x	m	e	e-1	y
0	0.75	0	0	0
1	0.75	0.75	-0.25	1
2	0.75	0.5	-0.5	2
3	0.75	0.25		2
4	0.75	1	0	3
5	0.75	0.75	-0.25	4
6	0.75	0.5	-0.5	5
7	0.75	0.25		5
8	0.75	1	0	6

Alqoritmi və cədvəl 2 -ni araşdırsanız, bunu müşahidə edəcəksiniz;

• əsas döngə yalnız toplama və toplama işlərindən istifadə edir … vurma yoxdur
• y üçün nümunə cədvəl 1 ilə eynidir.

Ancaq hələ də üzən nöqtə nömrələrindən istifadə edirik … bunu düzəldək.

Bresenhamın (Optimallaşdırılmış) Alqoritmi

Bresenhamın üzən nöqtə alqoritmi 'm' və 'e' ni 2*x1 ilə ölçsək, tamsayıya çevrilə bilər, bu halda m = (y1/x1)*2*x1 = 2*y1

Alqoritm 'm' və 'e' ölçüsündən başqa yuxarıdakılara bənzəyir:

• hər dəfə "x" artırdıqda 'e' ə 2*y1 əlavə edirik
• e x1 -ə bərabərdirsə və ya daha böyükdürsə y artırırıq.
• 'e' dən 1 deyil, 2*x1 çıxarırıq
• Müqayisə üçün 0,5 əvəzinə x1 istifadə olunur

Döngə test üçün sıfırdan istifadə edərsə, alqoritmin sürəti daha da artırıla bilər. Bunu etmək üçün 'e' səhv termininə bir ofset əlavə etməliyik.

• int x1 = 8;
• int y1 = 6;
• int m = (y1 << 1); // sabit: 2*x1 ölçülü yamac
• int E = (x1 << 1); // sabit: döngədə istifadə üçün 2*x1
• int e = -x1; // ofset -E/2: test indi sıfırda aparılır
• süjet (0, 0);
• int y = 0;
• üçün (x = 1; x <= x1; x ++) {
• e += m;
• əgər (e> = x1) {
• e -= E
• y ++;
• }
• süjet (x, y);
• }

Cədvəl 3: Bresenhamın (Optimallaşdırılmış) Alqoritmi

x	m	E.	e	e - E.	y
0	12	16	-8		0
1	12	16	4	-12	1
2	12	16	0	-16	2
3	12	16	-4		2
4	12	16	8	-8	3
5	12	16	4	-12	4
6	12	16	0	-16	5
7	12	16	-4		5
8	12	16	8	-8	6

Bir daha y nümunəsi digər cədvəllərdə olduğu kimidir. Cədvəl 3 -də yalnız tam ədədlərin olması və m/E = 12/16 = 0.75 nisbətinin xəttin 'm' yamacında olması diqqət çəkir.

Bu alqoritm son dərəcə sürətlidir, çünki əsas döngə yalnız toplama, çıxma və sıfırla müqayisə etməyi əhatə edir. X1 və y1 dəyərlərini ikiqat artırmaq üçün "sola sürüşmə" istifadə edərək 'E' və 'm' dəyərlərini başlatdığımızdan başqa vurma istifadə edilmir.

[1] Bresenham alqoritminin bu optimallaşdırılmış versiyası, müəlliflik hüququ © 1994-2006, W Randolph Franklin (WRF) "Bresenham Line and Circle Drawing" kağızından götürülmüşdür. Onun materialı, krediti götürmək və ana səhifəsinə, https://www.ecse.rpi.edu/Homepages/wrf/Research/S… keçmək şərti ilə qeyri-kommersiya tədqiqatları və təhsil üçün istifadə edilə bilər.

Addım 6: Kod

Əlavə edilmiş faylı eyni adlı bir qovluğa yükləyin və arduino IDE -dən (inteqrasiya edilmiş inkişaf mühiti) istifadə edərək plotterə yükləyin.

Yükləməyə başlamazdan əvvəl HC-06 bluetoorh modulunu ayırın. USB kabel ilə seriyalı port ziddiyyətinin qarşısını almaq üçün bu lazımdır.

Üçüncü Tərəf Məcəlləsi

Yuxarıda göstərilən.ino koduna əlavə olaraq pulsuz / bağışlama vasitələri olan aşağıdakı proqram paketlərinə ehtiyacınız olacaq:

• Https://osdn.net/projects/ttssh2/releases/ saytından əldə edilə bilən Teraterm
• Https://inkscape.org/en/download/ saytından əldə edilə bilən Inkscape

Yuxarıdakı üçüncü tərəf paketlərinin hər birinin quraşdırılması və istifadəsi ilə bağlı təlimatları https://www.instructables.com/id/CNC-Robot-Plotter/ məqaləmdə tapa bilərsiniz.

Addım 7: Menyu

"Teraterm" istifadə edərək planlayıcınızla bluetooth bağlantısı qurun.

Bütün əmrlər böyük hərflərdə olduğu üçün "caps lock" u işə salın.

'M' hərfini yazın və yuxarıda göstərildiyi kimi bir menyu görünməlidir.

Menyu olduqca aydındır:

• M (və ya M0) menyunu gətirir
• G0, qələmi qaldırılmış qələm ilə müəyyən bir XY koordinatına göndərməyə imkan verir.
• G1, qələmi aşağı salınmış xüsusi bir XY koordinatına göndərməyə imkan verir.
• T1, qələminizi 0, 0 koordinatınızın üstünə qoymağa imkan verir. Çıxmaq üçün 'E' yazın.
• T2, çəkilişlərinizi genişləndirməyə imkan verir. Məsələn, "T2 S2.5" rəsminizi 250%miqyaslandıracaq. Varsayılan miqyas 100% -dir
• T3 və T4 qələmi qaldırmağa və ya endirməyə imkan verir.
• T5 "ABC" test nümunəsi çəkir.
• T6 "hədəf" çəkir.
• T7, Bresenham alqoritminin səkkiz "oktant" ın hər birində işlədiyini yoxlamaq üçün bir sıra radial xətlər çəkir.

Qeydlər:

• bütün qələm hərəkətləri, T2 menyu seçimindən istifadə edərək rəsm ölçüsü dəstini istifadə edir
• "17:" və "19:" nömrələri arduino tərcüməçisinin "Xon" və "Xoff" terminallarının əl sıxma kodlarıdır.

Addım 8: Kalibrləmə

X_STEPS_PER_MM və Y_STEPS_PER_MM dəyərləri 90 mm diametrli tambur üçündür.

Digər baraban diametrlərinin dəyərləri aşağıdakı əlaqələrdən istifadə edərək hesablana bilər:

• tamburun ətrafı PI*diametrindədir
• 2048 addım, hər bir motor milinin bir inqilabına bərabərdir
• GT-2 kasnağının bir inqilabı bir zamanlama kəmərinin 40 millimetr xətti hərəkətinə bərabərdir

Başqa bir üsul, aşağıdakı əmrləri daxil etməkdir.

• G1 X0 Y100
• G1 X100 Y100

sonra ortaya çıxan xətlərin uzunluğunu ölçün və X-STEPS_PER_MM və Y_STEPS_PER_MM üçün dəyərləri "ölçəkləyin"

Addım 9: Gcode Ön İşlənməsi

Bu plotter yalnız dörd Inkscape gcode tələb edir (yəni: G0, G1, G2, G3). Bütün lazımsız gcodları və şərhləri silsək, kod əhəmiyyətli dərəcədə daha sürətli işləyəcək.

Bunu etmək üçün "Notepad ++" nüsxəsinə ehtiyacınız var. Bu pulsuz mətn redaktoru, istenmeyen mətni tapmaq və silmək üçün "müntəzəm ifadə" axtarış sistemini ehtiva edir. Notepad ++ https://notepad-plus-plus.org/download/v6.9.2.html saytında mövcuddur

Notepad ++ ilə dəyişdiriləcək faylı açın və kursoru faylın yuxarısında yerləşdirin.

Üst menyu çubuğundan "Bax/Simvolu/Bütün Simvolları Göstər" və sonra "Axtar/Dəyişdir …" seçin.

"Daimi İfadə" onay qutusunu vurun (1 -ci şəklə baxın) və aşağıdakı kod ardıcıllığının hər birini axtarış qutusuna daxil edin.

Hər girişdən sonra "Hamısını dəyişdir" düyməsini basın:

• %
• (.*)
• ^M.*$
• Z.*$

Yuxarıdakı müntəzəm ifadələr % işarələrini, mötərizədə göstərilən bütün şərhləri, bütün M kodlarını, bütün Z kodlarını və sonrakı kodları silir.

İndi "Genişləndirilmiş İfadə" onay qutusunu vurun (2 -ci şəklə baxın) və aşağıdakı kod ardıcıllığını daxil edin:

r / n / r / n / r / n

Bu ifadə, ilk ardıcıllıqla yaradılan istənməyən daşıma-qaytarma və sətir axını silinir.

"Farklı Saxla" istifadə edərək faylınızı fərqli bir adla qeyd edin.

Bitdi.

Addım 10: Nəticələr

Bu hiyləgər "konsepsiyanın sübutu" olaraq qurulmuşdur və heç vaxt mükəmməl olmağı düşünməmişdir. Nəticələrin çox da pis olmadığını söyləsək də. Suluboya konturlarını kağıza köçürmək kimi dizayn məqsədimə mütləq cavab verirlər.

İlk üç şəkil müvafiq olaraq T5, T6, T7 quraşdırılmış test nümunələridir.

"Salam Dünya!" model bluetooth vasitəsi ilə plotterə göndərildi. Bu faylın "əvvəlcədən işlənmiş" surəti əlavə olunur.

Addım 11: Kod Yeniləməsi

Bu qurucunun kodu Drum_Plotter_V2.ino olaraq yeniləndi.

Orijinal Drum_Plotter.inodan edilən dəyişikliklərə aşağıdakılar daxildir:

• daha hamar qələm yerləşdirmə
• indi G02 gcode təlimatlarını tanıyır (saat istiqamətində qövslər)
• indi G03 gcode təlimatlarını tanıyır (saat yönünün əksinə qövslər)

Əlavə edilmiş diaqramda qövs bucağının hesablanması metodum təsvir edilmişdir.

Addım 12: Drum_plotter_v3.ino

"CNC Drum Plotter" üçün kod yeniləməsi əlavə edilmişdir.

"drum_plotter_v3.ino", plotterin dəqiqliyinə təsir edən kiçik bir səhv düzəldir.

Tarixi dəyişdirin

Versiya 2:

İki qövs əyriləri əlavə edildi

Versiya 3:

Aşağıdakı funksiyalar, plotterin dəqiqliyinə təsir edən kiçik bir xətanı həll etmək üçün yenidən yazılmışdır.

• (int) move_to () funksiyasında round () ilə əvəz olunur.
• draw_line () funksiyası "oktant" axtarış alqoritmi təkmilləşdirildi
• Tərcüməçi indi dizaynı asanlaşdıran göstəricilərdən çox simli funksiyalardan istifadə edir. Məsələn, indi "M" hərfini axtarmaq əvəzinə "MENU" nu axtara bilərik və ardınca gələn tam ədəd çıxara bilərik. Bu, plotteri öz əmrlərinizlə fərdiləşdirməyə imkan verir.

Addım 13: Drum_plotter_plotter_v4.ino

16 Yanvar 2017:

Bu baraban qurucusunun kodu daha da optimallaşdırılmışdır. Əlavə xüsusiyyətlər əlavə edildi.

Dəyişikliklərə aşağıdakılar daxildir:

• daha sürətli draw_line () alqoritmi
• move_to () funksiyasına uyğun gəlir
• addım sayğacları
• kiçik hata düzeltme

Ətraflı məlumat üçün əlavə edilmiş "drum_plotter_v4.ino" bölməsindəki şərhləri oxuyun.

Digər təlimatlarımı görmək üçün bura vurun.