دستگاه حکاکی CNC دو بعدی با آردوینو

3
646
دستگاه حکاکی CNC دو بعدی با آردوینو

در این پروژه می خواهیم یک دستگاه حکاکی CNC دو بعدی را با استفاده از یک درایو DVD قدیمی، شیلد آردوینو MOTOR L293D و ماژول آردوینو UNO به عنوان میکروکنترلر طراحی کنیم. پروژه کم هزینه و جذاب است. این دستگاه در نهایت می تواند هر تصویری که از کامپیوتر آپلود شود را با ظرافت و دقت بسیار بالا ترسیم کند.

کل مراحل ساخت این پروژه را می توانید از لینک زیر دانلود کنید.

لینک دانلود ویدیوی طراحی دستگاه حکاکی CNC دو بعدی

شرح پروژه دستگاه حکاکی CNC

  1. شیلد آردوینو MOTOR L293D به استپ موتور آموزش می دهد که چگونه حرکت کند، در واقع حرکت استپ موتورها را برای ترسیم خوب تصاویر، ترکیب و هماهنگ می کند.
  2. دستگاه CNC دارای دو محور X و Y است.
  3. کاغذ در محور X قرار دارد.
  4. محور Y قلم را نگه می دارد.
  5. آردوینو IDE را بارگیری کنید.
  6. حال کدها را در Arduino IDE آپلود کنید.

آماده سازی درایو DVD

همانطور که در تصویر نشان داده شده، درایو DVD را آماده کنید.

آماده سازی درایو DVD

درایو DVD را باز کرده و سینی متحرک داخل آن را بردارید. این سینی که دارای مکانیزم استپر (stepper) است، به عنوان محور X و Y  عمل می کند. در تصاویر زیر نحوه مونتاژ دستگاه حکاکی CNC را قرار داده ایم.

کاربرد نرم افزار INKSCAPE در دستگاه حکاکی CNC

هر تصویری که بخواهید با این دستگاه ترسیم کنید را باید با استفاده از نرم افزار INKSCAPE به یک فایل Gcode تبدیل کنید. این فایلهای Gcode به کمک پردازش برنامه GCTRL در آردوینو قرار می گیرند.

INKSCAPE یک نرم افزار گرافیکی برداری حرفه ای است که در ویندوز، Mac OS X  و Linux اجرا می شود. برای ساخت طرح های گرافیکی مانند تصاویر، آیکون، لوگو، نمودارها، نقشه ها و گرافیک وب استفاده می شود. INKSCAPE بر اساس استاندارد W3C فرمت تصاویر را به صورت SVG ارائه می دهد. این نرم افزار رایگان و متن-باز را می توانید از سایت inkscape.org دانلود کنید.

پس از دانلود نرم افزار، باید یک Add-on که تصاویر خروجی را به فایل Gcode تبدیل می کند را فعال کنید.

مراحل تولید فایل Gcode

  • فایل gctrl را آپلود کرده و در پنجره processing روی کلید “PLAY” کلیک کنید.
  • ابتدا کلید “P” را برای انتخاب پورت ارتباطی فشار دهید.
  • با فشار دادن کلیدهای ۱,۲ یا ۳ کیبورد می توانید سرعت را تنظیم کنید.
  • کلید “g” را برای بارگذاری فایل Gcode فشار دهید.

حال دستگاه CNC آماده ترسیم تصاویر است.

شماتیک مدار دستگاه حکاکی CNC

کد پروژه

لینک دانلود کد پروژه دستگاه حکاکی CNC


#include 
#include 

#define LINE_BUFFER_LENGTH 512

char STEP = MICROSTEP ;

// Servo position for Up and Down 
const int penZUp = 115;
const int penZDown = 83;

// Servo on PWM pin 10
const int penServoPin =10 ;

// Should be right for DVD steppers, but is not too important here
const int stepsPerRevolution = 48; 

// create servo object to control a servo 
Servo penServo;  

// Initialize steppers for X- and Y-axis using this Arduino pins for the L293D H-bridge
AF_Stepper myStepperY(stepsPerRevolution,1);            
AF_Stepper myStepperX(stepsPerRevolution,2);  

/* Structures, global variables    */
struct point { 
  float x; 
  float y; 
  float z; 
};

// Current position of plothead
struct point actuatorPos;

//  Drawing settings, should be OK
float StepInc = 1;
int StepDelay = 0;
int LineDelay =0;
int penDelay = 50;

// Motor steps to go 1 millimeter.
// Use test sketch to go 100 steps. Measure the length of line. 
// Calculate steps per mm. Enter here.
float StepsPerMillimeterX = 100.0;
float StepsPerMillimeterY = 100.0;

// Drawing robot limits, in mm
// OK to start with. Could go up to 50 mm if calibrated well. 
float Xmin = 0;
float Xmax = 40;
float Ymin = 0;
float Ymax = 40;
float Zmin = 0;
float Zmax = 1;

float Xpos = Xmin;
float Ypos = Ymin;
float Zpos = Zmax; 

// Set to true to get debug output.
boolean verbose = false;

//  Needs to interpret 
//  G1 for moving
//  G4 P300 (wait 150ms)
//  M300 S30 (pen down)
//  M300 S50 (pen up)
//  Discard anything with a (
//  Discard any other command!

/**********************
 * void setup() - Initialisations
 ***********************/
void setup() {
  //  Setup
  
  Serial.begin( 9600 );
  
  penServo.attach(penServoPin);
  penServo.write(penZUp);
  delay(100);

  // Decrease if necessary
  myStepperX.setSpeed(600);

  myStepperY.setSpeed(600);  
  

  //  Set & move to initial default position
  // TBD

  //  Notifications!!!
  Serial.println("Mini CNC Plotter alive and kicking!");
  Serial.print("X range is from "); 
  Serial.print(Xmin); 
  Serial.print(" to "); 
  Serial.print(Xmax); 
  Serial.println(" mm."); 
  Serial.print("Y range is from "); 
  Serial.print(Ymin); 
  Serial.print(" to "); 
  Serial.print(Ymax); 
  Serial.println(" mm."); 
}

/**********************
 * void loop() - Main loop
 ***********************/
void loop() 
{
  
  delay(100);
  char line[ LINE_BUFFER_LENGTH ];
  char c;
  int lineIndex;
  bool lineIsComment, lineSemiColon;

  lineIndex = 0;
  lineSemiColon = false;
  lineIsComment = false;

  while (1) {

    // Serial reception - Mostly from Grbl, added semicolon support
    while ( Serial.available()>0 ) {
      c = Serial.read();
      if (( c == '\n') || (c == '\r') ) {             // End of line reached
        if ( lineIndex > 0 ) {                        // Line is complete. Then execute!
          line[ lineIndex ] = '\0';                   // Terminate string
          if (verbose) { 
            Serial.print( "Received : "); 
            Serial.println( line ); 
          }
          processIncomingLine( line, lineIndex );
          lineIndex = 0;
        } 
        else { 
          // Empty or comment line. Skip block.
        }
        lineIsComment = false;
        lineSemiColon = false;
        Serial.println("ok");    
      } 
      else {
        if ( (lineIsComment) || (lineSemiColon) ) {   // Throw away all comment characters
          if ( c == ')' )  lineIsComment = false;     // End of comment. Resume line.
        } 
        else {
          if ( c <= ' ' ) {                           // Throw away whitepace and control characters
          } 
          else if ( c == '/' ) {                    // Block delete not supported. Ignore character.
          } 
          else if ( c == '(' ) {                    // Enable comments flag and ignore all characters until ')' or EOL.
            lineIsComment = true;
          } 
          else if ( c == ';' ) {
            lineSemiColon = true;
          } 
          else if ( lineIndex >= LINE_BUFFER_LENGTH-1 ) {
            Serial.println( "ERROR - lineBuffer overflow" );
            lineIsComment = false;
            lineSemiColon = false;
          } 
          else if ( c >= 'a' && c <= 'z' ) {        // Upcase lowercase
            line[ lineIndex++ ] = c-'a'+'A';
          } 
          else {
            line[ lineIndex++ ] = c;
          }
        }
      }
    }
  }
}

void processIncomingLine( char* line, int charNB ) {
  int currentIndex = 0;
  char buffer[ 64 ];                                 // Hope that 64 is enough for 1 parameter
  struct point newPos;

  newPos.x = 0.0;
  newPos.y = 0.0;

  //  Needs to interpret 
  //  G1 for moving
  //  G4 P300 (wait 150ms)
  //  G1 X60 Y30
  //  G1 X30 Y50
  //  M300 S30 (pen down)
  //  M300 S50 (pen up)
  //  Discard anything with a (
  //  Discard any other command!

  while( currentIndex < charNB ) {
    switch ( line[ currentIndex++ ] ) {              // Select command, if any
    case 'U':
      penUp(); 
      break;
    case 'D':
      penDown(); 
      break;
    case 'G':
      buffer[0] = line[ currentIndex++ ];          // /!\ Dirty - Only works with 2 digit commands
      //      buffer[1] = line[ currentIndex++ ];
      //      buffer[2] = '\0';
      buffer[1] = '\0';

      switch ( atoi( buffer ) ){                   // Select G command
      case 0:                                   // G00 & G01 - Movement or fast movement. Same here
      case 1:
        // /!\ Dirty - Suppose that X is before Y
        char* indexX = strchr( line+currentIndex, 'X' );  // Get X/Y position in the string (if any)
        char* indexY = strchr( line+currentIndex, 'Y' );
        if ( indexY <= 0 ) {
          newPos.x = atof( indexX + 1); 
          newPos.y = actuatorPos.y;
        } 
        else if ( indexX <= 0 ) {
          newPos.y = atof( indexY + 1);
          newPos.x = actuatorPos.x;
        } 
        else {
          newPos.y = atof( indexY + 1);
          indexY = '\0';
          newPos.x = atof( indexX + 1);
        }
        drawLine(newPos.x, newPos.y );
        //        Serial.println("ok");
        actuatorPos.x = newPos.x;
        actuatorPos.y = newPos.y;
        break;
      }
      break;
    case 'M':
      buffer[0] = line[ currentIndex++ ];        // /!\ Dirty - Only works with 3 digit commands
      buffer[1] = line[ currentIndex++ ];
      buffer[2] = line[ currentIndex++ ];
      buffer[3] = '\0';
      switch ( atoi( buffer ) ){
      case 300:
        {
          char* indexS = strchr( line+currentIndex, 'S' );
          float Spos = atof( indexS + 1);
          //         Serial.println("ok");
          if (Spos == 30) { 
            penDown(); 
          }
          if (Spos == 50) { 
            penUp(); 
          }
          break;
        }
      case 114:                                // M114 - Repport position
        Serial.print( "Absolute position : X = " );
        Serial.print( actuatorPos.x );
        Serial.print( "  -  Y = " );
        Serial.println( actuatorPos.y );
        break;
      default:
        Serial.print( "Command not recognized : M");
        Serial.println( buffer );
      }
    }
  }



}


/*********************************
 * Draw a line from (x0;y0) to (x1;y1).
 * int (x1;y1) : Starting coordinates
 * int (x2;y2) : Ending coordinates
 **********************************/
void drawLine(float x1, float y1) {

  if (verbose)
  {
    Serial.print("fx1, fy1: ");
    Serial.print(x1);
    Serial.print(",");
    Serial.print(y1);
    Serial.println("");
  }  

  //  Bring instructions within limits
  if (x1 >= Xmax) { 
    x1 = Xmax; 
  }
  if (x1 <= Xmin) { 
    x1 = Xmin; 
  }
  if (y1 >= Ymax) { 
    y1 = Ymax; 
  }
  if (y1 <= Ymin) { 
    y1 = Ymin; 
  }

  if (verbose)
  {
    Serial.print("Xpos, Ypos: ");
    Serial.print(Xpos);
    Serial.print(",");
    Serial.print(Ypos);
    Serial.println("");
  }

  if (verbose)
  {
    Serial.print("x1, y1: ");
    Serial.print(x1);
    Serial.print(",");
    Serial.print(y1);
    Serial.println("");
  }

  //  Convert coordinates to steps
  x1 = (int)(x1*StepsPerMillimeterX);
  y1 = (int)(y1*StepsPerMillimeterY);
  float x0 = Xpos;
  float y0 = Ypos;

  //  Let's find out the change for the coordinates
  long dx = abs(x1-x0);
  long dy = abs(y1-y0);
  int sx = x0 dy) {
    for (i=0; i=dx) {
        over-=dx;
        myStepperY.onestep(sy,STEP);
      }
    delay(StepDelay);
    }
  }
  else {
    for (i=0; i=dy) {
        over-=dy;
        myStepperX.onestep(sx,STEP);
      }
      delay(StepDelay);
    }    
  }

  if (verbose)
  {
    Serial.print("dx, dy:");
    Serial.print(dx);
    Serial.print(",");
    Serial.print(dy);
    Serial.println("");
  }

  if (verbose)
  {
    Serial.print("Going to (");
    Serial.print(x0);
    Serial.print(",");
    Serial.print(y0);
    Serial.println(")");
  }

  //  Delay before any next lines are submitted
  delay(LineDelay);
  //  Update the positions
  Xpos = x1;
  Ypos = y1;
}

//  Raises pen
void penUp() { 
  penServo.write(penZUp); 
  delay(penDelay); 
  Zpos=Zmax; 
  digitalWrite(15, LOW);
    digitalWrite(16, HIGH);
  if (verbose) { 
    Serial.println("Pen up!"); 
    
  } 
}
//  Lowers pen
void penDown() { 
  penServo.write(penZDown); 
  delay(penDelay); 
  Zpos=Zmin; 
  digitalWrite(15, HIGH);
    digitalWrite(16, LOW);
  if (verbose) { 
    Serial.println("Pen down."); 
    
    
  } 
}

قطعات مورد نیاز

  • Arduino UNO & Genuino UNO
  • L293D motor shield
  • Tower pro Servo motor 9g
  • Scrap DVD Dr
  • (Jumper wires (generic

3 دیدگاه‌ها

ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید