Drawbot Funktionsprinzip

Das Projekt

Ziele

Vorbild ist das Projekt Der Kritzler
Aufbau eines/mehrerer Drawbots, die direkt auf ebene Flächen zeichnen können.
Start: Sofort, 6. September 2011
Ziel: Vorführung am 9. Oktober 2011 im Museum für Kommunikation Frankfurt am Main als Teil der Projekte für's MfK
Flyer zum Drawbot in der Ausstellung: Datei:Plakat Drawbot.pdf (09.10.2011)

Teilnehmer

Jo
AXL
jeder ist willkommen

Bots

Über die Jahre sind einige Bots entstanden:

	Prototyp #1 September 2011	Der Ur-Bot als reine Studie aus allem was gerade rumflog. Unter anderem wurde die Firmware auf die Nutzung von uni- statt bi-polaren Steppern angepaßt, die Snow beigesteuert hat. Rahmen: Fischertechnik Prototyp Antrieb: Uni-polare Stepper aus alten NEC P6 24-Nadel-Druckern Gondel: Paperclip
	Prototyp #2 Oktober 2011	Robuster Aufbau mit dem Ziel, möglichst keine Komponenten dazuzukaufen. Grundaufbau an einem Flipchart (Danke Snow), um innerhalb von 5 Wochen um einen vorführbaren Bot im Museum für Kommunikation Frankfurt am Main zu zeigen. An diesem Bot wurde der Hauptteil der Firm- und Software entwickelt sowie diverse Optimierung an der Hardware verprobt. Er steht heute (2013) noch im Space und wird hin und wieder re-aktiviert. Rahmen: DIN A1 Flipchart und Holzbrett Antrieb: Uni-polare Stepper aus alten NEC P6 24-Nadel-Druckern Gondel: Alu-Profile und Kunststoff-Ringe
	Window-Bot Oktober 2011	TBD Rahmen: Saugnäpfe zur Direkt-Montage am Fenster Antrieb: Bi-polare NEMA17 Stepper-Motoren mit Zahnriemen Gondel: Alu-Profile und Kugellager
	Alu-Bot 2012/2013	TBD Rahmen: DIN A1 Flipchart mit Alu-Profilen Antrieb: Bi-polare NEMA17 Stepper-Motoren mit Zahnriemen Gondel: Kugellager
	Baumarkt-Bot 2013	Mit diesem Bot setzen wir auf möglichst einfach zu beschaffende Komponenten für den Rahmen und die Gondel. Ideal wäre die komplette Beschaffung aus einem Baumarkt und Hinzufügen von Steppern, Servo und Arduino. Rahmen: Alu-Profile und DIN A3 Whiteboard-Tafel Antrieb: Bi-polare NEMA17 Motoren mit Perlenschnur für Jalousie-Antriebe Gondel: Kunststoff-Ringe

Aufbau

Teile-Liste, Lieferanten und Kosten

Steuer-PC
Arduino
- Arduino Duemilanove
2 Stepper
Stepper driver
- A4988 Stepper Motor Driver Carrier von Pololu bzw. equivalente Platine über ebay
Servo-Motor
...

Eingesetzte Teile (vorläufig)

Teil	Anzahl	Beschreibung	Lieferant	Artikelnummer	Preis/Einheit	Versand	Gesamt
Saugnapf	2	Saugnapfhalter Glasheber Glas-Gummi-Sauger 40kg Alu	ACE Technik	706750	4,99 €	6,99 €	16,97 €
Schrittmotor	2	Schrittmotor MOONS 14HY7002-06 (bipolar, 1,8°, 5mm Achse)	Pollin	310446	4,95 €	4,85 €	14,75 €
Zahnriemen	6 m	Zahnriemen PU Profil T5 10 mm Breite offen (endlich)	Zahnriemen24	330000	5,50 €	0,00 €	33,00 €
Zahnriemenrad	2	Zahnriemenrad Aluminium T5 10 Zähne 15 mm Riemen 4 mm Bohrung	Zahnriemen24	410911	8,00 €	0,00 €	16,00 €
Kugellager	8	Kugellager 626ZZ, 6/19/6mm	Pollin	94-440 431	0,50 €	inkl.	4,00 €
Servo	1	Modelcraft Mini-Servo WG-90MG einfach kugelgelagert Metallgetriebe JR	Conrad (Shop)	209088-62	9,95 €	-	9,95 €
Motor-Treiber	1	ULN2803A, 8-Kanal Darlington-Treiber, DIP18	Pollin	94-101 063	0,35 €	inkl.	0,35 €
Gondel	1	diverse Aluminium-Profile	Baumarkt	?	ca. 10,00 €	-	ca. 10,00 €
Sonstiges	1	Kleinteile (Schrauben, Muttern, Stifte, usw.)	Baumarkt	?	ca. 20,00 €	-	ca. 20,00 €

TOTAL: ca. > 125 €

Der original Kritzler verwendet optisch ansprechendere Teile, ist dafür aber deutlich teurer:

Teil	Anzahl	Beschreibung	Lieferant	Artikelnummer	Preis/Einheit	Versand	Gesamt
Saugnapf	2	Saugereinheit	Esska	90BO63311	21,75 €	?	43,50 €
Schrittmotor	2	Schrittmotor NEMA 17 (bipolar, 1,8° Schrittwinkel, 5mm Achse)	Reichelt	QSH4218-35-026	23,60 €	?	47,20 €
Zahnriemen	6 m	Zahnriemen PU Profil T2,5 6 mm Breite Meterware	Mädler	16060000	18,53 €	?	111,18 €
Zahnriemenrad	2	Zahnriemenrad Azetalharz T2,5 22 Zähne 6 mm Riemen 4 mm Bohrung	Mädler	16052200	2,92 €	?	5,84 €
Kugellager	4	Rillenkugellager einreihig 5 mm Bohrung	Mädler	625-ZZ-SBC	3,52 €	?	14,08 €
Servo	1	Bestand	?	?	?	?	?
Motor-Treiber	2	A4983 Stepper Motor Driver Carrier	Pololu	1201	12.95 $	?	12.95 $
Gondel	1	MDF, 5 mm, laser-geschnitten	Formulor	?	ca. 20,00 €	?	ca. 20,00 €
Sonstiges	1	Kleinteile (Schrauben, Muttern, Stifte, usw.)	?	?	ca. 20,00 €	-	ca. 20,00 €

TOTAL: ca. > 290 €

Prototypen

September 2011

Firmware - Modifications

Modifikation der Kritzler Firmware
- Anpassungen der Geometrie
- Betrieb von uni- statt bi-polaren Schrittmotoren - Typ PM55L-048-XXXX (Danke, Snow) und Treiber-IC ULN2803A
- 96 Halbschritte
additional commands
- home (H)
- stepper delay is adjustable (command D delay_move delay_line)
- # comment ... to ignore rest of line
Pen up / pen down with ramp - smother control of the servo
Antrieb mangels Zahnriemen mit einem Faden
Prototyp mit Fischertechnik © Bauteilen
Motor-Abstand 50 cm

Drawbot Prototyp Galerie

Stepper-Driver ULN2803A
Setup #001
Test-Motiv
Mehr Tests
Setup #002
Test mit Fonts
Stern
Logo
Gondel 2.0
UV-aktiver Stift
Finales Setup für's MfK
LED-Circle verdeutlicht Steps
Holz ersetzt Tape

Software

github Quelltext und Beispiele des Kritzler Projekts

Firmware - Commands

Command	Function	Comment
m X Y	move relative	values X and Y in millimeters
M X Y	move absolute
l X Y	line relative	move with pen down
L X Y	line absolute
D md ld	set delays^**	set stepper delays for move (md) and line (ld) in milliseconds default 20 50, typically 10 - 150 ms, range 1 ... 255
P md ld	set pen up and down^**	set servo positions for the pen default 50 100, typically 10 - 150 ms, range 1 ... 255
H	move home^**	move to origin position (0/0 mm)
i	identify^**	returns "#ID: id width x-origin y-origin pulley_radius" on serial line to identify the DrawBot id - reflects the jumper settings of pins A0/A1/A2 [0 ...7] width - distance of the two stepper motors
# comment ...	comment^**	rest of line, up to the next character 13 (carriage return), will be ignored comment is echo'ed to the serial line

^** Commands were not included in the original Kritzler Firmware

Offene Themen

Aufbau mit größerem Abstand der Motoren
Ausgleich der Verzerrungen (eigentlich ja ganz cool, system-immanente Fluchtpunkt-Perspektive)
Probleme mit Y-Koordinaten < 0, führt zum Stopp und Vorzeichen-Wechsel der Y-Achse
Mechanik der Gondel
Stift

Window-Drawbot

Motoren: NEMA14 ?
Anschluß Pololu Treiber, Breadboard

Window-Setup mit Breadboard
Window-Setup, Gondel
Anschluß Pololu Treiber, Breadboard
Anschluß Pololu Treiber, Pins
Details Motorbefestigung 1
Details Motorbefestigung 2

Whiteboard Drawbot V4

Besuch im RaumZeitLabor Mannheim

14.04.2013 - HackFFM besucht die LHC4 im RaumZeitLabor Mannheim.

Der Drawbot war quasi nonstop im Betrieb an der Tafel und im Fenster des Hackerspace :-). Unter anderem wurde bei der Gelegenheit auch ein Poster mit Hinweis auf die FUxCON erstellt und gleich am Eingang des Space aufgehängt. Einige Member kamen mit Kundenwünschen im SVG-Format auf uns zu, die wir live auf DIN A1 Papier erfüllt und ge-draw-t haben.

Wunschprogramm der Mannheimer
Wunschprogramm der Mannheimer
FUxCON Poster
FUxCON Poster - hängt

Konfiguration

<?xml version="1.0"?>
<drawbot>
	<bot_0>
		<default>
			<cfg id="name">Jo's Tafel-Drawbot</cfg>
			<cfg id="canvas" Xmin="-220" Xmax="+220" Ymin="-280" Ymax="+280">DIN A3 minimal border</cfg>
			<cfg id="speed" move_delay="15" line_delay="20" move_ff_delay="5">Whiteboard</cfg>
			<cfg id="geometry" deskew="0"></cfg>
		</default>
	</bot_0>
</drawbot>

Setup für The Ultimate TicTacToe Challenge

29.03.2013

Aufbau 29.03.2013
Lager mit Stepper
Gondel
Elektronik in a box
Tests vor Einmessen
Tests vor Einmessen
TicTacToe
TicTacToe Tests 1
TicTacToe Tests 2
Kalibration
FUxCON Logo
Dauertest mit AT-AT (~70 min.)

Setup Feb. 2012

Präsentation auf Open Source 3D Drucker Convention OS3DC

Timelapse-Video (Youtube) vom 21.09.2013 - Danke an DCEM für die Aufzeichnung

Video Setup
Baumarkt-Bot
Control Station #001

Baumarkt-Bot V5 2013

Mit diesem Bot setzen wir auf möglichst einfach zu beschaffende Komponenten für den Rahmen und die Gondel. Ideal wäre die komplette Beschaffung des mechanischen Aufbaus aus einem Baumarkt.

Rahmen: Alu-Profile und DIN A3 Whiteboard-Tafel
Antrieb: Bi-polare NEMA17 Motoren mit Perlenschnur für Jalousie-Antriebe
Gondel: Kunststoff-Ringe und Metallband

Jalousie-Antrieb
Kunststoff-Ringe
... bohren ...
für die Gondel
Gondel-Test
Servo-Halterung ...
aus Metallband ...
und Führung für ...
Abstoß-Draht
Geht!

Box für die Elektronik

Als Gehäuse für den Arduino und die Stepper-Treiber kommt bei diesem Bot eine Butterdose mit klarem Deckel zum Einsatz.
Die Stepper-Treiber werden im Betrieb etwas warm, daher wird auf der Rückseite zusätzlich ein Lüfter installiert.

Die Butterdose
Boden gebohrt
Lüfter und Langlöcher
Montage-Band
Montage-Element
Montage am Lüfter
Box geschlossen
Gesamtansicht

Ideen für die Vorführung

Etwas zeichnen?
Interaktiv, spontan oder vorbereitet?

hexlab - hexagonal_labyrinth_generator

Quelle: http://www.local-guru.net/processing/hexlab/ basiert auf Algorithmen von http://ruby-lang.org.ru/post/1675.html
zufälliger Aufbau und veränderbare Größe und Komplexität
Public domain Lizenz-Info aus dem Quellcode:
# License? What license? We don't need no stinkin' license.
# This code is in the public domain. Knock yourself out. Use it however
# you want. Please prefer good over evil.

Hershey Vector Fonts

Quelle: http://paulbourke.net/dataformats/hershey/
skalier- und drehbar
Public domain: It is sometimes necessary to have a simple set of characters made up of vectors, the Hershey set of vectors is one of the standard descriptions in the public domain. They were originally created by Dr. A. V. Hershey while working at the U. S. National Bureau of Standards.

Binärbaum

Open source: Eigener Code / quelloffen
Diverse Parameter: Stammdurchmesser, Winkel, Iterationen, maximale & minimale Ast-Länge
Die Parameter werden auf optional mit Zufallsfaktoren multipliziert für asymetrische, natürlicher aussehende Variationen

Drawbot Trace Zeichensatz

Open source: Zeichensatz in Eigenentwicklung, speziell für die Nutzung im Drawbot
Definition der Kontur jedes Zeichens, es werden nur Winkel im 45° Raster und ganzzahlige Schrittweiten benutzt.
Proportional-Schrift, variable Weite jedes Buchstabens

HPGL Dateien (aus SVG konvertiert)

Eigenentwicklung
Konvertierung SVG nach HPGL über Inkscape
Import-Routine in MfK Kiosk
Unterstützung der Befehle PU (pen up) und PD (pen down) in HPGL
- Beispiele: SVG Gürteltier (Armardillo)
- Open Hardware Logo

HPGL "Ausdruck" aus Eagle PCB

Drawbot goes Buntich: Tut hatte die Idee, eine Schaltung für das Buntich Projekt auszudrucken.
Die Eagle PCB Software kann direkt HPGL ausgeben.
Die Datei musste noch per Text-Editor nachbearbeitet werden, wurde dann aber erfolgreich auf DIN A3 Papier ausgedruckt (ca. 1:10h).
Der farbige Ausdruck entstand mit manuellem Stift-Wechsel.

Platonische Körper, z.B. Dodekaeder

Plotten der Vorlage für den Bau eines Dodekaeders
incl. Klebelaschen zum einfachen Nachbasteln
die 12 Seiten sind mit je einem Buchstaben customized möglich

Hackerspace Schilder über Inkscape

Schilder für die Schränke, made by Inkscape and Drawbot
- u.a. "Projects" mit dem Zahnrad aus der Wikipedia (SVG)
- Font: Rockwell Extra Bold

UniBot Combo-Platine

Eine Euro-Platine für
- Arduino
- USB2Serial Anschlüsse für Arduino Mini Adapter und Guido-ino Port
- Treiber für unipolare Stepper (ULN...)
- Servo-Anschlüsse
- bot_ID Jumperfeld
- Pin 13 LED (Blink :-)
Aufbau auf Streifenraster-Platine
Layout erstellt mit mit Lochmaster

UniBot Combo-Platine
Layout
Platine aufgebaut
Platine eingebaut
Setup für Tests

Drawbot@MfK