Ketat, Wall Plotter $15

Tentang proyek ini

Latar belakang

Saya tidak begitu ingat kapan itu dimulai, tapi saya pikir sekitar tahun 1999 atau lebih. Saya dan seorang teman yang menyukai segala hal tentang robotika dan elektronik sedang mendiskusikan membuat robot untuk menggambar di papan tulis. Tentu saja kami tidak pernah punya waktu untuk melakukan sesuatu yang serius saat itu, ekosistem untuk pengontrol mikro penghobi tidak seperti sekarang ini.

Pada tahun 2002 teman saya menunjukkan kepada saya karya luar biasa dari Jürg Lehni dan Uli Franke - Hektor. Saya sangat senang melihat sesuatu yang mirip dengan apa yang kami impikan untuk dibangun benar-benar dibangun dan dibagikan kepada dunia! Saya merasa damai.

Beberapa waktu kemudian saya ingat menunjukkan situs web proyek Hektor kepada seseorang yang mempresentasikan betapa fantastisnya menurut saya. Kali ini meskipun saya mulai melihat lebih detail menyadari itu tidak memiliki satu properti yang awalnya saya bayangkan untuk dimiliki oleh plotter dinding. Saya ingin itu mandiri, semuanya dalam satu unit hanya dengan kabel yang menghubungkannya ke dinding. Jika saya mengingatnya dengan benar, saya melihat bobot motor stepper pada saat ini menyadari bahwa ide saya tidak akan berhasil.

Waktu berlalu dan banyak hal terjadi di ruang robotika penghobi. Saat itu tahun 2014 dan saya telah menggunakan Arduinos dan RC-servo untuk berbagai proyek kontrol kamera, saya memiliki akses ke pencetakan 3D dan sebenarnya beberapa waktu luang (!?!). Setelah tersandung pada motor stepper 28BYJ-48 yang murah, saya tahu persis apa yang akan saya buat:

Plotter dinding minimalis termurah.

Percobaan Pertama

Setelah menunggu selamanya, sekitar lima minggu, untuk suku cadang yang dipesan dari China, saya mulai membangun plotter. Saya mencoba membuat kerangka sekompak mungkin agar sesuai dengan Arduino Uno, stepper, servo, dan baterai. Saya tidak ingat berapa banyak yang bodoh, maksud saya kurang pintar, desain yang saya buat di OpenSCAD sebelum sen jatuh. Anda harus melewati batas!

Memiliki geometri persimpangan memberikan manfaat besar dalam mempertahankan posisi yang benar di dinding. Kelemahannya adalah Anda mendapatkan stabilitas yang lebih rendah dari rotasi di sekitar sumbu vertikal. Hal ini diatasi dengan menambahkan beberapa ikatan ritsleting ke sudut plotter, disesuaikan sehingga mencegah rotasi.

Perencana pertama perangkat keras datang untuk terlihat seperti gambar di bawah ini. Dalam pencarian saya untuk suku cadang termurah, saya memilih untuk menggunakan benang jahit untuk navigasi dan pembatalan gravitasi. Benang disilangkan di bagian atas sasis yang dicetak 3D melalui lubang kecil pada cetakan. Seperti yang (hampir) dapat dilihat Ini adalah geometri yang ditantang untuk membuat utas berjalan bersih dari pena dan kabel (pengkabelan dari Arduino ke driver stepper kanan tidak ada dalam gambar, sehingga terlihat tidak terlalu buruk dari sebelumnya). Pena diangkat dari permukaan gambar oleh servo RC yang mendorong seluruh plotter menjauh dari dinding.

Plotter pertama ini memiliki desain hard-code yang ditulis dalam programnya di Arduino. Pemasangan plotter dilakukan dengan menggulung satu meter benang di setiap sisi dan mengikatnya satu meter terpisah. Dengan pengaturan ini, plotter mengetahui sistem koordinat saat dinyalakan dan dapat mulai menggambar jalur dalam memorinya. Itu berhasil, tetapi berantakan untuk digunakan. Harus mem-flash ulang Arduino saat mengubah desain tidak menyenangkan. Pembatasan pada penyiapan perbedaan satu meter juga membuat frustrasi.

Itu adalah platform yang bagus untuk lebih memahami ruang masalah. Beberapa pembelajaran cepat:

• Motor stepper tidak terlalu kuat - Gulungan terlalu besar .
• Ujung pena diimbangi dari persilangan senar - Kegoyangan yang Jahat

Hal yang baik tentang masalah ini adalah mereka memaksa saya untuk berusaha menerapkan akselerasi dan pengereman yang wajar...

Evolusi

Perencana nomor dua (yang putih di gambar sampul) mendapat beberapa perbaikan:

• Gulungan yang lebih kecil.
• Gulungan dipindahkan di atas pena untuk perutean benang yang lebih baik dan lebih sedikit gerakan pendulum.
• Elektronik lebih mudah diakses.
• Kartu SD untuk menyimpan apa yang akan diplot.
• Proses penyiapan baru memungkinkan jarak variabel antara titik jangkar.
• Penerima IR karena dapat mengontrol semuanya dari jarak jauh.

Menambahkan pembaca kartu SD dan penerima IR jauh lebih mudah daripada yang saya perkirakan sebelumnya. Ini adalah salah satu momen "mengapa saya tidak melakukan ini dari awal". Proses penyiapan baru bekerja dengan cukup baik dan memberikan lebih banyak fleksibilitas untuk menggambar baik besar maupun kecil. Plot terbesar yang pernah dikerjakan adalah lebarnya sekitar 2,5 meter.

Pengaturan dilakukan dengan menavigasi plotter dengan remote control. Posisi penandaan pertama A , lalu pindah ke posisi B dan menandai itu. Saya meletakkan spidol 20 cm di kiri dan kanan benang jahit untuk menghindari pengukuran manual. Jarak m diberikan hanya menghitung langkah di stepper kiri sambil bergerak dari A ke B . Setelah plotter mengetahui d dan bahwa lokasinya saat ini berada di B Anda dapat bergerak dan membuat plot di mana pun Anda suka di ruang antara dan di bawah titik jangkar.

Perencana nomor tiga (yang oranye di video di bawah) sangat mirip dengan pendahulunya, hanya beberapa perubahan:

• Semua elektronik dibuat sebagai pelindung untuk Arduino.
• Pengawas tingkat baterai, memungkinkan "jeda - ganti baterai - lanjutkan".

Ini semua niat baik, tapi. Menempatkan IC driver stepper:s langsung pada pelindung, melewatkan driver yang dikirimkan bersama stepper, berarti tidak ada lagi led yang berkedip. Ini sedih untuk menonton. Sangat membosankan. Juga LED on-board Arduino tersembunyi di balik perisai menyembunyikan kedipan nyaman yang Anda dapatkan saat penerima IR menerima, sehingga membuat Anda tidak yakin apakah Anda menekan tombol kalibrasi itu atau tidak. Pengukuran level baterai sepertinya merupakan ide yang bagus, tetapi pada kenyataannya saya selalu terpaksa melakukan plot jangka panjang dengan daya kabel.

Perencana nomor empat (Yang luar biasa!) dibangun sebagai hadiah ulang tahun untuk saudara laki-laki saya. Ini adalah yang paling tampan yang dibangun dengan elektronik bergaya perisai tetapi membiarkan pengemudi yang berkedip terlihat dalam semua kemuliaan mereka. Perhatikan bahwa kabel dibiarkan terlalu panjang hanya untuk tampilan!

Perencana nomor lima (Edisi MacGyver) sebenarnya dibuat hanya sebagai bukti konsep untuk deskripsi proyek ini. Saya ingin menunjukkan bahwa Anda dapat membuat plotter seperti ini tanpa alat mewah. Saya duduk di garasi saya dan melihat-lihat dari apa bisa membangunnya. Tie-wire (kawat logam lunak yang digunakan untuk menghubungkan rebar) adalah pilihan pertama saya yang jelas. Ketika mencarinya, saya menemukan gulungan tali saluran dan berpikir itu akan menghemat waktu saya dan memberikan stabilitas lebih. Zip-ties dan gaff-tape juga ada dalam daftar saya tetapi tidak diperlukan. Satu-satunya hal yang saya benar-benar tidak tahu adalah bagaimana membuat gulungan yang bagus dengan tidak terlalu banyak pekerjaan. Saya kembali ke rumah untuk minum kopi dan itu dia, tutup wadah susu! Sejujurnya butuh lebih sedikit waktu untuk membangun bingkai untuk plotter lima daripada waktu yang dibutuhkan untuk mencetak 3D desain aslinya. Dan ini berfungsi dengan baik (hampir setidaknya) seperti yang saya buat.

Perencana nomor enam

Tunggu apa? Entah bagaimana saya kebetulan membangun yang lain. Tidak bisa membantu. Beberapa hal yang mengganggu saya perlu ditangani. Juga peningkatan berkat beberapa komentar di sini.

• Ukuran cetak 3D plotter terlalu besar dan lambat.
• Memindahkan pena daripada seluruh plotter sepertinya setidaknya patut dicoba.
• Memindahkan Servo dan penerima IR ke pin "analog" akan memungkinkan debugging serial! (Terima kasih jrcTexas telah menunjukkan bahwa saya bisa!)

Jadi, inilah hasilnya:

Jadi, seberapa baik hal baru ini bekerja? Baik dan buruk. Perubahannya terasa bagus secara keseluruhan tetapi ada satu masalah. Karena pena tidak terpaku pada bingkai, pena itu sedikit bergoyang saat merencanakan. Ini membuat akurasi lebih buruk daripada generasi sebelumnya. Manfaat besar adalah membersihkan pin IO digital 0-1 sehingga dapat digunakan untuk debugging. Ini membuat hidup jauh lebih mudah!

Saya juga mulai melakukan beberapa pengujian stres pada stepper untuk mencari cara agar tidak melewatkan langkah:

Apa yang diketahui dari pengujian stres adalah bahwa saya perlu sedikit melambat untuk mendapatkan torsi yang cukup. Saya juga menghitung tarikan sebenarnya pada senar tergantung di mana plotter berada di dinding:

Saya mungkin menindaklanjuti pengujian stres untuk mengetahui bagaimana urutan langkah dan voltase yang berbeda juga dimainkan. Suatu hari nanti.

Menggunakan Plotter

Saya membuat video yang menunjukkan bagaimana setup dan plotting bekerja dalam kehidupan nyata dan waktu nyata.

Seperti yang dapat dilihat dari video, pengaturannya cukup mudah dan membutuhkan sedikit waktu. Pengaturan tantangan khas adalah menemukan titik jangkar yang baik. Untuk papan tulis saya kebanyakan menggunakan cangkir hisap kecil yang saya rekatkan dengan benang jahit atau serupa untuk kemudian menggantung plotter dengan klip kertas. Salah satu aspek penting dari titik jangkar adalah memasukkan benang sedekat mungkin ke dinding, untuk mendapatkan tekanan yang lebih baik dari pena ke dinding.

Peringatan lain adalah merencanakan plot yang tinggi di plot yang luas. Ketika terlalu banyak torsi diperlukan untuk menarik ulir, stepper akan mulai kehilangan langkah, sehingga membuat plotter kehilangan jejak lokasi yang tepat karena tidak ada pembuat enkode yang membantu. Jadi saran umum adalah:Tunggu tinggi, cetak rendah.

Perangkat Keras Plotter

Membangun plotter cukup mudah dan sangat mirip dengan kebanyakan proyek Arduino lainnya. Anda memiliki Arduino Uno, beberapa komponen yang ingin Anda gunakan, dan banyak kabel untuk menghubungkan semuanya.

Seperti yang dapat dilihat dalam skema, Anda akan menggunakan hampir semua pin digital dan kemudian mungkin beberapa analog jika Anda misalnya. ingin memantau tingkat baterai. Satu peringatan dengan ini adalah bahwa Anda akan berakhir menggunakan pin 0-1 yang berfungsi ganda sebagai TX/RX. Untuk menghindari menggoreng Anda perlu memutuskan sambungan apa pun yang Anda hubungkan di sana ketika Anda memprogram Arduino! Inilah alasan saya membuat plotter terbaru saya dengan semua elektronik pada pelindung yang bisa saya lepaskan saat memprogram.

RC-servo bisa berupa servo apa saja dari dimensi apa pun. Anda hanya perlu berkreasi dan memasangnya sedemikian rupa sehingga dapat mendorong plotter menjauh (atau tidak) dari dinding.

Motor dan driver stepper berpotensi dialihkan ke jenis lain tetapi 28BYJ-48 kecil sangat nyaman. Mereka tidak sekuat itu dan saya ingin membangun plotter yang jauh lebih cepat suatu hari nanti. Motor diberi peringkat 5V tetapi saya dengan senang hati mengabaikan ini dan memberi mereka segalanya antara 5-9V tanpa masalah. Mereka memang panas tapi saya belum menggorengnya.

Modul micro-sd-card lurus ke depan untuk terhubung ke Arduino, baik melalui pin antarmuka SPI atau pin digital 10-13.

Penerima IR TSOP 4838 juga berfungsi dengan baik yang terhubung langsung ke Arduino.

Plotter ketiga dan keempat saya memiliki pengawas tingkat baterai dengan pembagi tegangan resistor yang ditambahkan ke input analog. Saya juga berpikir saya akan memiliki pemantauan suhu stepper yang ditambahkan dengan cara yang sama. Saran saya, lewati saja.

Saya akan sangat menyarankan Anda membangun dan menguji satu per satu. Jangan merakit semuanya, letakkan grafik Anda di SD dan berharap untuk langsung memplot. Saya akan merekomendasikan melakukan hal berikut:

• Mulailah dengan menguji penerima IR. Gunakan contoh IRRecvDump yang disertakan dengan perpustakaan IRRemote. Anda tetap memerlukan ini untuk merekam kode kunci jarak jauh Anda.
• Uji servo Anda. Misalnya, gunakan contoh Sapu dari perpustakaan Servo.
• Uji kartu SD Anda. Bermain-main dengan contoh untuk perpustakaan SD.
• Uji pengontrolan stepper. Bermain-main dengan sampel untuk perpustakaan Stepper.
• Bila Anda merasa nyaman dengan bagian-bagian di atas, flash program plotter ke Arduino dan kemudian sambungkan semua komponen. (belum merakit dan membuat sesuatu menjadi cantik)
• Nyalakan Arduino dan lihat apa yang terjadi. Jika semuanya berfungsi, servo harus sedikit menyapu setelah dinyalakan.
• Coba kendalikan stepper dari jarak jauh. pastikan Anda mengetahui stepper mana yang kiri dan mana yang benar. Pastikan Anda menghubungkannya sehingga tombol "REEL_IN" benar-benar menarik tali dan bukan sebaliknya. Saya memberi Anda kesempatan 50% bahwa Anda perlu membalik urutan pin baik dalam perangkat lunak atau perangkat keras. (tidak perlu terlalu repot, sangat mudah untuk memutar konektor. Percaya, tapi verifikasi!
• Ketika Anda merasa yakin bahwa semua karya di atas, Anda siap untuk merakit semuanya menjadi bentuk seperti plotter dan mencobanya di dinding!

Saya tidak akan memberikan instruksi super rinci tentang perakitan suku cadang di sini. Lebih baik Anda menjelajahi perangkat keras Anda dan menemukan solusi yang sesuai untuk Anda. Terinspirasi oleh plotter "MacGyver" di atas, tetap sederhana. Anda selalu bisa menjadi mewah dan sempurna nanti. Di bawah ini adalah video saya yang sangat tidak koheren berbicara tentang beberapa hal perangkat keras. Anda juga perlu membiasakan diri dengan perangkat lunak dan membuat file untuk plot, lihat lebih lanjut di bawah.

Perangkat Lunak Plotter

Semua perangkat lunak tersedia di sini di GitHub. Saya minta maaf atas keadaan kodenya, ini benar-benar peretasan. Mungkin saya akan meluangkan waktu dan membersihkannya, tetapi kemungkinan besar Anda akan melihatnya sebelum itu terjadi. Maaf.

Perangkat lunak pada plotter cukup banyak melakukan dua hal:

• Izinkan navigasi dan penyiapan dari jarak jauh
• Gambar konten file a.svg yang disimpan di kartu SD.

Karena memori program pada Arduino Uno cukup terbatas, ada banyak pintasan jelek yang diambil untuk memasukkan kode ke dalam memori. Ini terutama berlaku untuk plotter pertama yang tidak memiliki kartu SD dan grafiknya juga perlu diprogram langsung ke Arduino. Penguraian of.svg sangat terbatas dan hanya dapat menangani jalur dengan garis (tanpa kurva) dan memerlukan dialek spesifik of.svg yang telah saya gunakan INKSCAPE untuk menghasilkan.

File .svg disimpan di folder tingkat atas kartu SD sebagai 1.svg, 2.svg, dan seterusnya. File yang akan digambar dipilih dengan menekan tombol yang sesuai pada remote. Ini memungkinkan saya untuk menyiapkan plotter dengan beberapa favorit yang dapat dengan cepat saya perkaya dengan papan tulis orang.

Arduino IDE telah digunakan untuk membangun dan memprogram pengontrol. Satu-satunya perpustakaan tambahan yang digunakan adalah IRRemote (oleh shirriff).

Membuat File yang Dapat Diplot

Mungkin ada ratusan cara untuk membuat file a.svg yang akan diplot, tetapi saya hanya akan menjelaskan satu di sini:

• Gunakan INKSCAPE
• Gambar apa pun yang Anda inginkan dan ubah menjadi jalur "Path->Object to path"
• Pilih "Edit jalur menurut node (F2)"
• Pilih semua jalur dan simpul individual. Ctrl-A dua kali
• Konversikan ke baris dengan "Extensions->Modify Path->Flatten Beziers"
• Simpan sebagai "Inkscape SVG"
• Jalankan di simulator, lihat di bawah

Simulator

Satu hal lagi! Ada simulatornya. Kurang lebih wajib untuk menjalankan plot apa pun yang ingin Anda lakukan melalui simulator sebelum mencoba mencetaknya. Ini sebagian besar diperlukan karena parsing .svg sangat buruk sehingga kemungkinan besar sesuatu tidak akan ditafsirkan dengan benar oleh plotter.

Simulator bekerja dengan mengkompilasi kode plotter untuk osx atau linux dan mengganti panggilan "digitalWrite" dengan cetakan ke stdout (stempel waktu, pin, status) yang kemudian disalurkan ke UI visualisasi.

Simulator ditulis setelah saya memiliki bug yang menyebabkan cetakan 2 jam menjadi kacau setelah 95% atau lebih. Saya benar-benar bingung tentang apa yang telah terjadi dan menyadari bahwa saya membutuhkan beberapa cara untuk men-debug-nya. Ternyata itu adalah bug penguraian float yang disebabkan oleh satu nomor di .svg yang memiliki jumlah desimal yang konyol. (Saya melakukan penguraian sendiri karena fungsi perpustakaan tidak akan muat di memori). Itu adalah bug yang bagus karena memaksa saya untuk membuat simulator.

Menggunakan simulator saat mengembangkan dapat banyak membantu. Ini dapat dijalankan jauh, jauh lebih cepat daripada waktu nyata yang sangat nyaman. Juga menampilkan berapa lama plot akan benar-benar dibutuhkan saat dijalankan secara real time. Ada readme di sebelah kode simulator tentang cara menggunakannya.

Perbaikan di Masa Depan

Berikut adalah daftar dari atas pikiran saya tentang apa yang dapat ditingkatkan:

• Hentikan penguraian.svg pada plotter, buat pengurai nyata di komputer dan buat format yang baik untuk plotter.
• Lebih baik lagi, perangkat lunak saat ini hanya membaca satu segmen garis di depan yang terkadang terlalu sedikit jika berbelok sedikit menjadi tajam.
• Encoder atau semacam umpan balik untuk menghindari tersesat saat melewatkan langkah..
• Tulis perangkat lunak bersih yang benar.
• Gunakan pengontrol berkemampuan WiFi dan gunakan telepon alih-alih remote.

Beberapa Kata Terakhir

Seperti yang mungkin Anda pahami sekarang, saya menghabiskan cukup banyak waktu dengan proyek ini, sebagian besar sudah lama sekali. Saya masih berpikir itu menyenangkan untuk bermain-main dan saya punya banyak ide tentang apa yang harus ditingkatkan, variasi baru, dan dinding baru untuk didekorasi. Namun saya tidak punya waktu, ada begitu banyak proyek dan hal-hal lain seperti keluarga dan pekerjaan.

Yang benar-benar saya sukai adalah jika beberapa dari Anda orang baik di internet mendapatkan sesuatu dari membaca ini dan mendapatkan inspirasi untuk proyek Anda sendiri. Saya juga akan senang jika beberapa dari Anda membuat plotter Anda sendiri dan membuatnya bekerja!

Meskipun saya pikir saya berhasil membangun plotter minimalis, saya tidak berhasil mendapatkan biaya di bawah $10 seperti yang telah saya tetapkan sebagai target untuk diri saya sendiri. Tapi karena suku cadang terus menjadi lebih murah, mungkin dalam satu tahun atau lebih...

Oh, satu hal lagi. Tolong jangan bunuh saya karena kode spageti. Itu tidak pernah ditulis untuk dibagikan, saya sibuk menggambar di dinding saat itu dan tidak peduli tentang kode. Saya tetap memutuskan untuk membagikannya, jadi berbahagialah untuk itu.

Selamat Berwisata,

Fredrik

Skema

Skema elektronik sederhana