Wykresiarka - nietypowy robot rysujący

[mopsiok]

Cześć! Mimo że Forbota przeglądam od dawna, to jako użytkownik raczej się nie udzielałem, tak więc witam wszystkich. Przyznam się bez bicia że post ten powstał za sprawą konkursu z Proxxonem w roli głównej ^^. Nie jestem pewny czy prezentowana konstrukcja nadaje się na to forum, bo ani toto nie jeździ, ani nie działa na pilota, ale pomyślałem sobie: pokażę, w końcu ma silniki .

Chciałbym przedstawić Wam Wykresiarkę - prosty ploter powstały z zalegających w domu "śmieci". Jak sugeruje nazwa, przeznaczony jest głównie do rysowania wykresów do szkoły, ale jego możliwości są nieco większe. Na wstępie zaznaczę, że maszynka cechuje się dość nietypowymi rozwiązaniami: zrezygnowałem z używania "oklepanego" oprogramowania sterującego i dedykowanych sterowników dla silników krokowych. Zamiast tego wykorzystuję własną aplikację okienkową (głównie ze względu na projektowanie wykresów), a całe sterowanie mechaniką zostawiłem dla ATmegi16 i najprostszych końcówek mocy (ULN2803 i L293D).

Na początek kilka fotek gotowej maszynki oraz krótka prezentacja działania:

Mechanika

Zaczęło się od zbierania różnych "przydasiów" wymontowanych ze starych drukarek i skanerów. Trochę to trwało, ale ostatecznie zebrałem: jeden silnik unipolarny, jeden bipolarny, do tego elektromagnes z dźwignią i zasilacz dwunapięciowy (16V i 32V). W przypadku silników konieczne było odszukanie takich ze zintegrowaną przekładnią i paskiem napędowym. Musiały też mieć taką samą rozdzielczość na wyjściu - w przypadku starych skanerów jest to zazwyczaj 300dpi.

Mając to wszystko, zaprojektowałem model i na jego podstawie zleciłem elementy montażowe do wycięcia laserem w pleksi 3mm. Wykorzystałem kulkowe prowadnice do szuflad o długości około 310 mm, które po zmianie smaru zaczęły jako tako chodzić. W roli krańcówek osi X i Y użyłem zwykłych przycisków od myszek komputerowych. Na zdjęciu widać także laminat bez miedzi, który przydał się do przyciskania krańcówek, wyrównywania kartki i innych. Całość została zamontowana na płycie meblowej, a do przytrzymywania kartki użyłem folii magnetycznej (takiej na reklamy samochodowe) i małych magnesów neodymowych.

Jeśli chodzi o samą budowę, to nie chcę zanudzać. Ogólnie nie mam zbyt dobrze wyposażonego warsztatu, więc musiałem całość rozplanować tak by można to było łatwo zmontować. Elementy kleiłem na super glue, wikol lub żywicę epoksydową. Oczywiście nie zabrakło też starego dobrego "termogluta"...

Sterownik

Tak jak wspominałem, wszystkim steruje ATmega16. Przede wszystkim zajmuje się ona sterowaniem silnikami krokowymi (poprzez scalaki ULN2803 i L293D) i elektromagnesem osi Z (przez MOSFET z logiką 5V, dokładniej IRLML2502). Poza tym musi też obsługiwać krańcówki, LCD (służył głównie do debugowania) czy komunikację z komputerem. W przypadku tej ostatniej wykorzystałem sytuację do napisania czegoś w rodzaju protokołu (mopsioCODE ), który pozwala zarówno na przesyłanie komend, jak i surowych danych. W wielkim skrócie, dzięki kontroli CRC16 umożliwia automatyczną retransmisję w przypadku błędu transmisji; obsługuje również kody błędów, a także wartości zwrotne które funkcja może odesłać do komputera. Więcej można o tym poczytać w pliku README w kodzie źródłowym. Komunikacja odbywa się przez UART z zastosowaniem scalaczka FT232RL. Postanowiłem też użyć separacji galwanicznej przez 2 transoptory TCMT1109 dla lepszego bezpieczeństwa układu (raz w trakcie testów spaliłem uC).

Aplikacja na PC

Ten program to mój debiut w Visual C# Express 2010, więc na pewno nie jest idealny. Jego głównym przeznaczeniem jest projektowanie wykresów i automatyczne ich rysowanie (wysyłanie odpowiednich komend do maszyny). Program zajmuje się też parsowaniem plików HPGL, więc można coś narysować w Inkscapie a potem wysłać to do plotera. Obsłużyłem tylko podstawowe komendy, więc pliki generowane przez inne programy mogą nie być poprawnie interpretowane, ale nic nie stoi na przeszkodzie by dopisać resztę.

Podsumowanie

Ogólnie problemów było dużo, a całość nie działa idealnie. Taki sposób sterowania nakłada pewne ograniczenia, np. rozdzielczość przekładni musi być identyczna. Sterowanie silnikami przez tranzystory i mostek H nie jest zbyt efektywne - mały prąd przy większych częstotliwościach ogranicza prędkość maksymalną, z kolei przy mniejszych prędkościach wydziela się dużo ciepła. Jednak tak jak wspomniałem, projekt powstał w celach edukacyjnych, żeby zobaczyć jak to wygląda w praktyce - samemu napisać skalowanie osi, komunikację, sterowanie i aplikację do projektowania. Tak więc śmiało można powiedzieć że liczyłem się z takim rezultatem i nie jestem zaskoczony...

Niemniej jednak ploter sprawuje się całkiem dobrze: spełnia swoje zadanie i jest tani. Osobiście zmieściłem się w 60 złotych - głównie było to wycinanie pleksi, prowadnice i folia magnetyczna pod kartkę.

W załącznikach dodaję wszystkie materiały - pliki EAGLE'a dla sterownika, kod źródłowy ATmegi w C, aplikacja sterująca oraz jej kod w Visual C#.

Dzięki za uwagę i zapraszam do dyskusji! Jeśli macie jakieś pytania to chętnie odpowiem .

Pozdrawiam

mopsiok

//dodane 03.04.15

Wykresiarka_pliki.rar

[Marooned]

Bardzo zgrabnie wykonany projekt. Kompleksowy pod względem wykonania (mechanika, elektronika, soft na uC i na PC). Należy się piąteczka

[Treker (Damian Szymański)]

Bardzo ciekawy projekt!

Jest szansa na logo Forbota w takiej wersji ?

[Mechano]

Czytałem opis na innym portalu jakiś czas temu ale i tak jestem pod bardzo pozytywnym wrażeniem

[mopsiok]

Dzięki za opinie, fajnie że Wam się podoba

@Treker, w głównym poście dodałem zdjęcia narysowanego loga . Trochę to trwało, bo najpierw musiałem starą usterkę. Te "o" w Forbocie wyszły dziwnie, tak mi jakoś poprowadziło ścieżkę (musiałem ręcznie zwektoryzować to logo), ale chyba nie widać tego jakoś bardzo...

[Treker (Damian Szymański)]

mopsiok, super, bardzo fajne

[davidpi]

Bardzo fajnie CI to wyszło. Próbowałeś rysować mozaikę ścieżek na laminacie, aby wykonać jakąś PCB? Jak z dokładnością urządzenia?

[mopsiok]

Na laminacie nie próbowałem, bo musiałbym dorobić nowy pisak na bazie markera i jakoś dopasować go do obecnych "widełek" pasujących na szerokość standardowego cienkopisu. Ogólnie kupa zabawy a i tak bym nie używał - łatwiej i szybciej mi wykonać termotransfer .

Wyżej jest zdjęcie mozaiki narysowanej na papierze, jest trochę pogrubiona bo cienkopis szybko wsiąka w papier, ale na laminacie dałoby się bez większych problemów narysować pady pod TQFP44 .

Ogólnie dokładność teoretyczna to 300dpi, czyli jakieś 11.8 kroków/mm. W praktyce nie wiem i nie za bardzo mam jak zmierzyć, ale zauważyłem że gdy pisak jest trochę dalej od głównej osi X (tej przy której są silniki), np. na Y=200mm, traci nieco dokładności przez elastyczność połączeń i prowadnic. Wiem że można to było rozwiązać równoległowodem, ale projekt go nie przewidywał ze względu na kłopotliwy montaż.

[joda17]

Myślałeś o "pisaniu", tzn aby wykreślało tekst, tak aby wyglądał na ręcznie pisany? Myślę, że taka "drukarka" za 60zł była by świetnym pomysłem.

[mopsiok]

Do pisania "ręcznego" trzeba by regulować stopień dociskania pisaka (a raczej długopisu) do kartki, co w obecnej konfiguracji jest chyba niemożliwe . Zresztą żeby to jakoś sensownie wyglądało to same litery i ich łączenia muszą być różnorodne, trzeba robić kilka szablonów dla każdej, w zależności od tego w którym miejscu wyrazu stoi, a nawet od tego jakie litery są obok. Ogólnie dość skomplikowana sprawa ^^.

Niemniej obecny soft zawiera moduł obsługujący pisanie tekstu "maszynowego" o różnych wielkościach. Dodatkowy alfabet można sobie zdefiniować w jednym z plików źródłowych lub korzystać z wbudowanego. Tak to mniej więcej wygląda:

To był wydruk testowy, wyciągnąłem go z dokumentacji bo nie chciało mi się znowu włączać całej machiny . Z tego co pamiętam to niektóre znaki były później poprawiane (np. wysokość rysowania cudzysłowu). Skalowanie odbywa się przez najprostsze dzielenie, stąd też miejscami są pewne przekłamania wynikające z obcinania części ułamkowej.

[os128]

dodaj wiatraczek (czy listwę jak masz jakąś z drukarki)

takie kółko z otworkami i diodę reagująca na światło, zliczysz kroki dość dokładnie i będziesz poprawiać jakość.

A najlepiej po prostu zamontuj kamerę na głowicy

[Treker (Damian Szymański)]

@os128 witam na forum

3 minuty temu, os128 napisał:

takie kółko z otworkami i diodę reagująca na światło, zliczysz kroki dość dokładnie i będziesz poprawiać jakość.

W przypadku silników krokowych enkodery optyczne nie są konieczne. Dobrym przykładem są drukarki 3D, które nie posiadają takich czujników, a mogą tworzyć bardzo precyzyjne wydruki. Można jednak np. pokusić się o stosowanie bardziej zaawansowanych sterowników silników, które potrafią np. wykryć różne problemy.

3 minuty temu, os128 napisał:

A najlepiej po prostu zamontuj kamerę na głowicy

Montaż kamery w takim projekcie to bardzo zaawansowany temat. Poprawa jakości rysunków za pomocą obrazu z takiej kamery to spokojnie temat na pracę magisterską