Робот-художник, который умеет рисовать на сферической поверхности

Это устройство называется - "плоттер яйца". Плоттер, в смысле "графопостроитель". Плоттер яйца - это художественный робот, который может рисовать на объектах сферической формы, таких как яйца. Также можно использовать эту машину для рисования на мячах для пинг-понга или гольфа.

Инструменты и материалы:
-Алюминиевый профиль 20x20 * 250 мм - 2 шт;
-Подшипник KLF08;
-Трапецеидальный винт 8 мм * 150 мм;
-Болты:
М2 12мм (2x)
М3 30 мм (2x)
М3 16 мм (1x)
М3 12мм (1х)
М3 8 мм (13x)
M4 30mm (10x);
-Гайки:
М3 (7x)
М2 (2x)
M4 (10x);
-Туалетная бумага;
-Плата расширения ЧПУ;
-Arduino Uno;
-Шаговый драйвер A4988 - 2 шт;
-Шаговый двигатель № 17 - 2 шт;
-Сервопривод SG90;
-Перемычки - 6 шт;
-Блок питания 12V 2A;
-Соединительные провода;
-3D-принтер;
-Дрель;
-4,5 мм сверло;
-Набор гаечных ключей;
-Набор шестигранников;
-Инструмент для зачистки проводов;


Шаг первый: дизайн
Мастер разрабатывал дизайн устройство с помощью Fusion 360. В качестве образца был взят EggBot Pro EvilMadScientist. Это устройство - хорошо проработанное произведение искусства, но цена довольно большая - 325 долларов. Мастер решил попытаться сделать Eggbot не более чем за 100 долларов.

Шаг второй: 3D-печать
Убедитесь, что вы используете правильные настройки при 3D-печати. Детали должны быть достаточно прочными, чтобы ничто не изгибалось и не тормозило во время печати.

Мастер рекомендует использовать нить PLA, потому что она устойчив к изгибу. PLA не является термостойкой, но это устройство не будет сильно нагреваться.

Заполнение, которое используется при печати, составляет 20% для каждой части.
Высота слоя 0,2 мм.
Температура печати 200 °C и стола 55 °C.
Для некоторых деталей может понадобиться какой-либо вспомогательный материал, но 70% не нуждаются в нем, если правильно сориентировать деталь.

Base_Plate_Left.stl
Base_Plate_Right.stl
Egg_Holder_5mm.stl
Egg_Holder_8mm.stl
KLF08_Holder.stl
Pen_Holder_Bottom.stl
Pen_Holder_Top.stl
X_Stepper_Holder.stl
ZY_Stepper_Holder.stl
Arduino_Base.STL
Eggbot_Fusion360.f3d

Шаг третий: сборка узла держателя ручки
Первая часть, которую нужно собрать - самая маленькая и самая сложная часть для сборки. Эта часть будет удерживать ручку (пишущую), заставлять ручку подниматься и опускаться, а позже будет установлен второй мотор, который будет поворачивать ручку.

Для узла нужны следующие детали:
Сервопривод SG90
Болты
М3 30мм
М3 12мм
М2 12мм - 2 шт
Гайки:
М3 - 2 шт
М2 - 2 шт
Pen_Holder_Bottom (3D-печать)
Pen_Holder_Top (3D печать)
Собирает шарнир.

Устанавливает рычаг на вал сервопривода.

Закрепляет сервопривод.

Для фиксации ручки устанавливает крепежный винт.

Шаг четвертый: установка шаговых двигателей
На этом этапе нужно закрепить шаговые двигатели к их держателям. Шаговые двигатели будут поворачивать яйцо, а ручка будет двигаться вправо и влево. Также нужно установить деталь, которая удерживает подшипник, что сделает движение яйца еще более плавным.

Для этого шага понадобятся:
Болты
М3 8мм - 10 шт
М3 16мм - 3 шт
Гайка М3 - 5 шт
Шаговые двигатели
Винт - 150 Х 8 мм
3D-детали
YZ_Stepper_Holder
X_Stepper_Holder
KLF08_Holder
Egg_Holder, 5 мм
Egg_Holder, 8 мм

Шаговый двигатель, который будет управлять осями YZ, должен быть прикреплен к держателю YZ_Stepper_Holder. Мастер разработал деталь, чтобы можно было регулировать высоту установки шагового двигателя. Он рекомендует поставить их посередине и отрегулировать позже, если это необходимо. При сборке разъем должен быть направлен вверх.

На ось шагового двигателя устанавливает и закрепляет узел ручки.

Шаговый двигатель, который будет управлять плоскостью X крепится к держателю X_Stepper_Holder. К его валу крепится деталь Egg_Holder_5мм. С ее помощью будет удерживаться яйцо.

Подшипник крепится к детали KLF08_Holder.

Второй держатель для яиц - это деталь Egg_Holder_8мм, которая будет прикреплена к подшипнику.
На конец ходового винта устанавливается держатель и фиксируется винтом. Затем нужно просунуть ходовой винт по центру подшипника и зафиксировать винтом. Так как все яйца разные, так можно будет регулировать нужную длину ходового винта.

Шаг пятый: основание
Все детали будут прикреплены к основанию, которое усилено двумя отрезками квадратных алюминиевых профилей. Эти трубы не только делают машину более жесткой, но и делают ее более дорогой.

Для основания понадобятся:
Алюминиевые профили - 2 шт.
Болты M4 30 мм - 4 шт
Гайки M4 - 4 шт
Base_Plate_Right (3D-печать)
Base_Plate_Left (3D-печать)
Сборка основания проста. Сначала мастер вставляет профиля в держатели и отмечает места для отверстий.

Сверлит отверстия 4,5 мм. Собирает основание, так, как на фото (болты должны выступать вверх).

Шаг шестой: сборка
Теперь можно собрать устройство. Понадобятся шесть болтов М4 30 мм, шесть гаек для них и все оставшиеся напечатанные детали.
Устанавливает части как на фото. Держатель ручки должен быть точно посередине между двумя двигателями.

Отмечает места и сверлит отверстия для крепежа деталей. Сверло 4,5 мм.

Закрепляет детали.

Шаг седьмой: электроника
Теперь, когда механическая часть готова, мастер переходить к электронике. Для этого шага понадобятся все оставшиеся детали.
Закрепляет Ардуино на пластиковом основании. Сверху закрепляет плату расширения.

Устанавливает перемычки как на фото.

Устанавливает драйвера шаговых двигателей.

Сервопривод имеет провода трех цветов: черный / коричневый - GND, оранжевый / красный - + 5 В, а желтый или иногда белый провод - данные. Их нужно подключить как на фото. Серво привод подключается через соединительный разъем.

Дальше нужно подключить шаговые двигатели. В комплекте с двигателями идут провода. Мастер подключает один конец к разъему двигателя, а второй к расширительной плате (см. фото).

Последнее что нужно сделать, это подключить блок питания. Мастер обрезает с него разъем, зачищает концы.
Подключает 5В блока питания входу 5 В платы расширения. Так же подключает GND.

Шаг восьмой: программное обеспечение
Процесс получения изображения на яйцо-роботе происходит следующим образом. Перед началом убедитесь, что вы загрузили Arduino IDE.
1. Создать рисунок
В программе Inkscape нужно создать рисунок, который вы хотите нарисовать на яйце.
2. Код
Дальше нужно написать код, на основании которого и будет работать устройство. Мастер использует веб-программное обеспечение под названием «JScut».
3. Загрузка кода
С помощью программы CNCjs, загрузить код на устройство.
На наш устройство мастер будет загружать программу под названием GRBL. Это программное обеспечение считывает код gcode и преобразует его в движения двигателей.

Шаг девятый: загрузка GRBL в Arduino
Поскольку GRBL фактически предназначен только для шаговых двигателей, а ось Z управляется сервоприводом, программу нужно изменить. Мастер предоставил пошаговое руководство, как это сделать.
Перейдите на этот сайт: https://github.com/grbl/grbl и нажмите "скачать", затем нажмите "скачать ZIP".

Откройте архив и распакуйте папку grbl на рабочий стол.

Теперь откройте arduino и перейдите в Sketch --> Include library --> Add .ZIP Library. Теперь найдите папку grbl и откройте ее. Папка должна находиться на рабочем столе.

Перейдите на https://github.com/bdring/Grbl_Pen_Servo нажмите "скачать", затем нажмите "скачать ZIP". Теперь откройте этот файл и перейдите в папку «grbl». Скопируйте все файлы, которые находятся в этой папке.

Далее перейдите в File Explorer -> Documents -> Arduino -> Libraries -> grbl и вставьте все скопированные файлы сюда. Если появляется всплывающее окно, просто выберите 'Replace the files in the destination'.

Перезапустите Arduino IDE и подключите USB-кабель устройства к компьютеру. После перезапуска IDE Arduino перейдите в File --> Examples --> grbl --> grblUpload.

Теперь перейдите в Tools --> Board и выберите «Arduino Uno». Теперь снова зайдите в Tools -> Port и выберите COM-порт, к которому подключен ваш arduino.

Шаг десятый: настройка CNCjs
Переходим на страницу https://github.com/cncjs/cncjs/releases.
Прокручиваем вниз и загружаем файл cncjs-app-1.9.22-win-x64.exe
Открываем программу CNCjs и в левом верхнем углу выбираем COM-порт Arduino, а затем нажимаем 'Open'
Теперь консоль должна появиться прямо под кнопкой «Открыть».
В консоли нужно написать в общей сложности шесть команд. Это гарантирует поворот каждого двигателя на заданную величину. Например, на 1 мм, а не на 3. Нужно нажать Enter после каждой команды.
$100 = 40
$101 = 40
$110 = 600
$111 = 600
$120 = 40
$121 = 40

CNCjs теперь правильно установлен и настроен.

Шаг одиннадцатый: InkScape
InkScape - это программа, которую можно использовать для создания рисунка. Так же можно использовать Fusion 360.
Скачать inkScape можно здесь: https://inkscape.org/release/inkscape-1.0/
После установки открываем программу. Прежде чем приступить к проектированию, нужно задать эскизу правильные размеры. Размеры эскиза должны быть 20 мм х 80 мм.
Вы можете создать шаблон, выбрав File, а затем Document Properties.

Дальше перейдите в File - Save As и сохраните его в этой папке C: \ Program Files \ Inkscape \ share \ templates. Не забудьте дать файлу имя.
После сохранения перезапустите Inkscape и перейдите в главное меню. Выберите File - New from template, затем выберите имя, которое вы выбрали для файла. Теперь можно приступить к разработке рисунка.
Как только рисунок будет готов, перейдите в File - Save As и сохраните файл где-нибудь на компьютере. Вы должны сохранить его как файл * .svg.

Шаг двенадцатый: рисунок для Ардуино
Поскольку сохраненный файл * .svg, а arduino может принимать только файлы * .gcode, нужно конвентировать * .svg в файл * .gcode с помощью веб-программы под названием "jscut".
Переходим на сайт http://jscut.org/jscut.html .
Нажимаем Open SVG, и выбираем local. Находим файл * .svg, который был создан перед этим. Выделяем весь текст. Нажимаем make all mm и меняем диаметр на 0.2 mm. После этого нажмите Create Operation, а затем Zero Center. И наконец, что не менее важно, нажмите кнопку save gcode и сохраните файл где-нибудь на компьютере.

Шаг тринадцатый: рисунок
Все готово и мастер приступает к печати. Устанавливает яйцо в держатели. Между держателями и яйцом мастер устанавливает прокладку из туалетной бумаги.

Устанавливает ручку в держатель. Здесь нужно правильно отрегулировать ее положение. При перемещении рычага сервопривода вверх, ручка не должна касаться яйца, при перемещении вниз, касаться должна, но не сильно давить.

Относительна центра, маркер должен находится посередине, поскольку печать начинается с середины яйца.

Дальше нужно подключите кабель питания устройства, а также USB-кабель к компьютеру. Открыть CNCjs и нажать Open. После этого нажать на загрузку G-кода и выбрать нужный файл. Теперь осталось только дать команду начать печать.

Готовые рисунки как на фото ниже можно загрузить на этом сайте.

Источник (Source)