Hardware

SCARA

Proč jsme se tedy rozhodli ovládat pohyb pomocí SCARA? Především kvůli jednodušší konstrukci oproti ovládání pomocí lineárního vedení. SCARA je také vhodnější pro námi zvolený kruhový tvar plochy pro kuličku. Většinu potřebných součástek si navíc vyřežeme z překližky nebo vytiskneme na 3D tiskárnách.

Jak bylo dříve zmíněno, pohyb kuličky řídíme pomocí SCARA, což je konstrukce, která používá 2 ramena spojená klouby. Tyto klouby jsou na sobě nezávislé a můžeme tedy každý ovládat samostatně. Díky tomu pak můžeme konec SCARY (tj. tam, kde bude magnet pro ovládání kuličky) správným natočením kloubů dostat na jakýkoliv bod na naší desce s kuličkou. Zde je pak Fusion návrh SCARY:

SCARU ovládáme pomocí krokových motorů NEMA 17, jejichž řízení rozebereme v části Software. Tyto motory ale nemohou být kvůli velikosti a hmotnosti přímo na ramenech a musíme tedy klouby ovládat pomocí řemenů. Zde je pak průřez SCARY s popsanými částmi:

Na konci druhého ramene je pak neodymový magnet. Magnetická kulička je pak na desce z plexiskla pokrytou jemným pískem a magnet ji táhne po povrchu. Původně jsme jako povrch pod kuličku chtěli zvolit dřevo, ale kvůli požadavku na hladkost a malou šířku materiálu jsme raději zvolili plexisklo. To bude také vhodné při testování funkčnosti programu, protože uvidíme přesně pohyb SCARY. Písek jsme zvolili ten co možná nejjemnější a nejsušší, aby se kulička pohybovala tak, jak očekáváme a aby se netvořili hrudky písku. Prostor s pískem musíme také dobře zatěsnit, aby se nedostal do elektroniky nebo všude kolem.

Základem projektu je nejen jeho funkční stránka, ale také jeho design. My jsme se rozhodli pro moderní design, který plně využije dostupné přístroje. Podstavy válce, ve kterém je ukryta SCARA, jsme tedy vyřezali z překližky na CNC. Jedna z podstav pak bude sloužit jako úchyt na horní sklo. Zde se ukázala velká výhoda CNC, tedy rychle udělat velmi přesný dřevěný výrobek – pokud bychom se rozhodli vytvořit tyto části z běžného dřeva, bylo by to daleko pracnější a méně přesné.

Plášť stejného válce jsme pak vytiskli na 3D tiskárně. Vhodným umístěním se celý vešel na 2 3D tiskárny. Vizuálně nejpoutavější na našem návrhu jsou pak nožičky, které jsme nařezali z hliníkových profilů a doplnili prvky z 3D tiskárny:

Nakonec jsme seshora přikryli kuličku s pískem skleněnou deskou, abychom zabránili vniku nečistot. Tuto desku nepřipevňujeme na pevno, abychom mohli dělat dodatečné úpravy. Obvod válce uvnitř ze stran pokryjeme LED páskem, čímž zvýrazníme texturu obrazce v písku.

Software

Nyní popíšeme, jakou funkci náš software plní. Celá aplikace jde ovládat z aplikace na PC, ve finální verzi projektu běží na Rpi 3B+, které bude vedle SCARY.

Tato aplikace uživateli umožňuje vložit svůj vlastní pattern v okně Create Own Pattern. Stačí si na stránce Sandify vytvořit SCARA gcode a vložit ho do naší aplikace. Zbytek zařídí naše aplikace.

V okně Run pak rovnou vidíme i náhled vzoru, který chceme kreslit a můžeme si prohlédnout celou trajektorii pohybu.

Také je v tomto okně možnost pohyb zastavit anebo vrátit do počáteční polohy (tzv. homing).

Jakmile jsme s návrhem spokojení, Rpi provede potřebné výpočty a připraví trajektorii kuličky, kterou posílá do Arduino Nano. Trajektorie je v této fázi již ve formě návodu, jak hýbat motory NEMA 17, aby vznikl výsledný obrazec. Díky tomu nám postačí pouze Arduino Nano s malým výkonem.

V této fázi už stroj po pokynu Start uživatele začne kreslit, kdykoliv pak může být pozastaven pokynem Stop.

Po vykreslení obrazce dá nakonec program pokyn stroji, aby se ramena přesunula do výchozí polohy. Díky tomu začne stroj při dalším běhu programu vždy vykreslovat ze stejného vhodného počátečního bodu.