树莓派制造的绘图机器人

吃瓜阿阳 2022-11-07 11:34:15

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MAKER:jocomakerspace／译：趣无尽 Cherry（转载请注明出处）
本期介绍的项目是一台能绘制超大幅图形的绘图机，可直接在直立的画布平面上绘制任何图形，绘制过程颇具观赏性。核心系统用树莓派制造，支持通过 WIFI 接收图样。先来看一段测试视频。

材料清单

硬件
NEMA 17步进电机x2
吸盘x2
80磅钓鱼线x若干
Micro USB线10英寸×2
Micro USB转接板x2
USB A型母头转接板x2
Raspberry Pi（树莓派）Zero W（或其他支持WiFi的树莓派）
Micro SD卡
EasyDriver步进电机驱动板V4.5 x2
SG92R舵机x1
6003zz轴承x2
3针电机扩展板x若干
2.1mm x 5.5mm 插座x1
电源适配器12v 1a 带2.1mm 或5.5mm接线头x1
树莓派电源适配器x1
Pololu通用轮轴5mm（#4-40孔）x2
螺栓（#8-32 x 1-5/8 英寸）x2
螺丝（#4-40x 1/2英寸）x8
电机螺丝（M3 50 x 6mm电机螺丝）x8
小螺丝x2（用于固定笔/标记）
标准电线或跳线x若干
标记笔x1
卷尺或直尺x1

工具
电脑
烙铁x1
钳子/切割机x1

可选材料
纸x若干
USB风扇x1
热熔胶x1
回形针x1
标头针脚x1
面包板/电路板 x1

3D打印组件
Polargraph gondola 吊台
Servo horn extension 电机喇叭扩展板
Drawbot motor mount and spool 绘图机器人舵机底座和线轴（x2）
Drawbot electronics case 绘图机器人电子外壳（可选）
Drawbot Pi + Stepper mount 树莓派绘图机器人+步进式安装部件（可选）
Suction Cup Dome with hole 带孔的吸盘圆顶（可替代）

以上图纸文件在本项目文件库中可以下载。
http://make.quwj.com/project/80

步进电机和吸盘组件的安装

需要3D打印的部件有：两个电机安装座，两个线轴以及两个带有1/8英寸的带孔吸盘圆顶，所有材料用PLA打印。
所需的硬件：两个步进电机，两个吸盘，两个通用安装轮轴，两个螺栓（#8-32x 5/8英寸），八个线轴螺丝（#4-40x 1/2英寸），八个电机螺丝（M3 50 x 6mm电机螺丝）以及钓鱼线若干。
注意：吸盘需要一个金属的长柱与电机底座相连。

1、用通用的铝质安装轴与步进电机连接。使用安装轮毂附带的固定螺丝，将轮毂安装到靠近步进轴末端的位置。
2、使用四个3D打印的M3螺丝将扭转电机支架连接到步进电机。扭转电机的底座带有凹口，以便安置电机。
3、使用4-40螺丝将3D打印的线轴连接到安装轮毂上。
4、安装吸盘底座。首先拆卸吸盘，保留橡胶吸盘，弹簧和金属杆。在吸入圆顶上钻一个1/8英寸的“孔”并拧入螺栓或使用带孔的吸盘圆顶，将3D打印的圆顶放在橡胶吸盘上。将电机底座向下推到吸盘上，以便将螺丝穿过金属杆。
5、做另一个相同的支架。
6、钓鱼线缠在线轴上。

注意：Harbor Freight吸盘是必须的，它的金属杆比其他吸盘更长。型号为62715。

笔架吊台的安装

需要3D打印的部件有：Polargraph Gondola（吊台），两个轴承连接臂，两个轴承连接器，一个吊台固定器，一个电机扩展板。
所需硬件有：一个SG92R舵机，两个6003zz轴承，一个扎口线。

1、将3D打印的电机扩展臂粘贴到其中一个舵机臂上。在这个环节中，可以使用回形针来固定，将它剪成两半，然后并粘贴到舵机臂上。
2、使用扎带将舵机系统固定在吊台上。
3、将带插槽的轴承连接器与轴承连接臂相连。将轴承推入到轴承连接器组件。3D打印部件需要继续打磨，以便轴承向下推入到轴承连接器。
4、滑动吊台上有轴承连接器和臂。 3D打印吊台上的轴也需要仔细打磨，以使轴承向下滑动。
5、安装吊台固定器，将所有东西组装在一起，使用螺丝将其固定在吊臂轴上，这样就可以在移动时固定笔。

安装软件

请使用树莓派的准备指南
对于这一步，我建议参考绘图机器人Githnb。
在树莓派上更新、升级安装包，并安装其他软件：

更新和升级：

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade

安装NPM和Git：

sudo apt-get install npm
sudo apt-get install git

安装Node.js：

sudo npm install -g n
sudo n stable

升级NPM – 并删除旧的apt-get版本：

sudo npm install npm@latest -g
sudo apt-get remove npm
sudo reboot

安装pigpio C库：

sudo apt-get install pigpio *if you're using Raspbian Lite*
npm install pigpio

安装绘图机器人软件：

git clone https://github.com/andywise/drawbot.git
cd drawbot
npm i

启动绘图机器人软件：

cd/drawbot

npm start -or- sudo node draw.js

连接绘图机器人控制界面

使用另一台计算机或直接在树莓派本机访问机器人控制界面，方式如下：
Mac 电脑：打开http://raspberrypi.local/control并访问绘图机器人控制界面。
PC：输入树莓派的 IP 地址/control 例如：http://10.167.5.58/control
树莓派本地：打开浏览器。访问http://127.0.0.1/control即可。

接线

所需硬件有：两个USB A型母头转接板，两个EasyDriver步进电机驱动板，一个树莓派Zero或其他支持WiFi的树莓派，两个步进电机，两个Micro USB转接板，一个2.1mm x 5.5mm的插座。

你可能需要的其他部分：
用于测试连接的面包板
标头针脚
3D 打印的步进电机和树莓派底座
电路板

将EasyDriver电机驱动板连接到树莓派：
左侧驱动器：
GND → 树莓派 GPIO 39
DIR → 树莓派GPIO 38（BCM 20）
STE → 树莓派GPIO 40（BCM 21）

右侧驱动器：
GND → 树莓派GPIO 34
DIR → 树莓派 GPIO 31（BCM 6）
STE → 树莓派 GPIO 33（BCM 13）

吊台电机：
GND → 树莓派 GPIO 14
VCC → 树莓派 GPIO 1（3V3电源）
CNT → 树莓派 GPIO 12（BCM 18）

注意：进行测试以确保连接正确，建议先将面包板连接在一起，然后再将其他部件连接在一起。
1、请焊接好树莓派/EasyDriver的排针。
2、将电路板上电机部分的每个EasyDriver驱动板接口与USB母头相连。对于此步骤，你最好参照有步进电机的数据表或参数。确保将绕组/线圈保持在一起。步进器有一对黑色线、绿色线、红色线和蓝色线。
在这里，将”Winding A”保持接地，D +与USB接口相连，”Winding B”与USB接口上的VCC和D-相连。
3、使用跳线将电机连接到树莓派的GPIO上。请参阅上述信息。
4、使用跳线将EasyDriver驱动板连接到树莓派的GPIO上。请参阅上述信息。
5、再次将步进电机线连接到Micro USB转接板上，确保所有线匹配正确。
6、EasyDrivers需要动力。将插座的尖端连接到EasyDrivers上的”PWR IN”，将插座的套管连接到EasyDrivers上”PWR IN”的GND。使用电路板将电源和地面从插座分离到EasyDrivers驱动板。

测试绘图

一旦你的树莓派，EasyDrivers驱动板和USB转接板通过面包板连接在一起，就可以进行测试了。

1、树莓派软件设置

在树莓派上启动绘图机器人控制器软件。这样可以更容易控制电机和舵机。点击控制器靶心中间的按钮笔，希望可以让舵机臂90°旋转，这样方便测试并确保舵机臂正确定位，还可将笔从表面抬起。当你连接了树莓派和绘图机器人控制器软件后，就会知道了。

2、步进电机的连接

一次启动一个步进电机会更易于操作。将步进电机与绘图机器人控制器靶心上的坐标同步。步进电机必须平稳移动。如果步进电机接线正确并且配对匹配，那么步进电机的测试完成，请接着测试另一个。

断开步进电机电源后，找一个平坦、光滑的表面安装步进电机，确保它们彼此保持水平平面。从每个线轴延伸一些钓鱼线并将其连接到吊台的支撑臂上。
重新连接步进电机。使用绘图机器人控制器移动吊台。当点击靶心的右上角时，如果不调整配置文件，吊台应该移动到右上角。如果吊台移动相反方向，应该打开配置树莓派上的镜像文件。

3、测量

接下来就是测量。我们使用小型的可伸缩卷尺，所有测量都以毫米为单位。
点击并设置绘图机器人控制器中的图标，将需要三个值，“D”，“X”和“Y”。有关如何测量的说明，如图所示。第一个“D”值是线轴之间的距离。下一个值是吊台的起始位置。 “X”值是从左侧线轴到吊台中笔的位置的测量值。 “Y”值是从线轴到吊台的距离。将这些值输入到绘图机器人软件的设置中。建议在左上角设置主页。