自制一個Arduino繪圖機器人

在我們的生活中，藝術(shù)無處不在，即使是像機器人這樣冰冷的工具，也能給我們帶來很多藝術(shù)的樂趣。當(dāng)我看到尤菲的視頻時，我看到了繪畫機器人的新可能性，很高興看到他們把虛擬的東西變成了一個真實的實體，它可以自動拿著筆在紙或任何物體的表面上畫畫，以及平臺繪圖不僅限于水平面，您還可以在墻上嘗試。

拉線墻繪機是一個非常早期的項目，但由于機器原因一直沒有更好的解決方案。最近，我們針對步進電機支架和筆筒的問題，闡述了一個相當(dāng)出色的解決方案。步進電機采用28byj，體積小，接線方便，程序簡單，沒有驅(qū)動、焊接、供電等問題，可以用Arduino直接供電。電機和主板集成了一個底座，兩邊都有一個繞線架，可以貼在任何墻上，畫板的上角。

讓我們開始吧，看看如何制作如此出色的項目！

第1步：物料清單

該項目由以下組件組成：

ArduinoUNOR3x2

電機支架x1

28BYJ-48步進電機驅(qū)動板x2

SG90伺服馬達x2

微型SD卡適配器x1

Arduino傳感器護罩x1

提筆舵機x1

線軸x2

吊帶x1

跳線

筆x1

第2步：底座支架組裝

第一步很簡單，首先我們找到12個大頭螺釘和12個黃銅柱，從后面擰入大頭螺釘并固定所有黃銅柱

然后我們安裝了電機驅(qū)動板，以便Arduino驅(qū)動步進電機。需要電機驅(qū)動板是因為Arduino的輸出引腳不能直接為步進電機提供足夠的功率，需要5V電源才能運行。

最后，將兩個ArduinoUNO安裝在黃銅柱上，最后用最小的螺絲將SD/TF讀卡器固定在頂部。

第3步：步進電機支架組件

這一步有很多事情要做，但并不難，只是需要更多的耐心。電機安裝有3個步驟：

1.安裝電機

準(zhǔn)備一個電機支架，將其斷開，然后根據(jù)第二張圖重新組裝電路板。

向下，用螺絲固定立管手機，然后安裝電機。

2.制作線軸

將電纜環(huán)系在電纜末端，將電纜拉入電源線背面的縫隙中，然后檢查線軸周圍的電纜。

在拉線的另一端，系上一根粗繩，可用于下一步的筆。然后蓋板蓋住支架板上的孔并安裝到支架上的孔中。

使用螺絲孔將電機支架安裝在繪圖板或墻壁的末端，使其處于同一水平。

提醒：繞線時，記得順時針繞左梭芯，逆時針繞右梭芯。

3.筆筒總成

首先，我們需要將需要安裝的桶形筆折斷，將大端的出口貨螺絲通過口插入并擰緊。

在此之后，我們安裝無人機。如圖所示，安裝后重心在正中，運行更平穩(wěn)。

接下來，使用大端固定左右側(cè)面板和軸切口。請記住，轉(zhuǎn)動軸的螺釘不應(yīng)擰緊。

確定筆的位置后，用繩子系好。在調(diào)整筆的位置時，非常適合讓筆尖觸摸的極致繪圖質(zhì)量。盡可能握住筆架。

至此，電機支架就完成了。

第4步：連接

為了插上舵機設(shè)備，我們將屏蔽板插在UNO上，注意將屏蔽板引腳對準(zhǔn)UNO的接線孔。

1.拉線步進電機M1、M2：四根信號線in1、in2、in3、in4分別對應(yīng)Arduino2、3、5、6，另一邊分別對應(yīng)7、8、9、10。電源線連接到+的VCC和-的GND。步進電機控制板有專用線連接電機，防假插不會錯。

2.提筆舵機可接13。舵機線為棕色GND，紅色VCC，黃色為信號。如果您使用SD讀卡器，則可以連接到A0端口。

備注：

（可選）TF、SD讀卡器：CS接4，MoSi接11，miso接12，SCK接13#，（如果提筆舵機從13換成A0等其他端口，程序也需要做相應(yīng)的更改。見程序注釋。）VCC為+，GND為-（G和V可以接屏蔽板的任意一組G和V接口），3.3V不接（VCC，5V，+指電源正極。G、GND、-均為負(fù)極）

SD或TF讀卡模塊不支持SDXC以上標(biāo)準(zhǔn)卡，請選擇比較老的小容量卡，會有更好的性能兼容性。一般16g及以下的卡都是FAT32格式，不是NTFS或exFAT格式，可以使用。一些TF轉(zhuǎn)SD卡持有人也可能存在不兼容問題。如果只有TF卡可用，推薦使用TF讀卡器模塊。

第5步：編程

我們會為您提供相應(yīng)的代碼，但仍有部分代碼需要根據(jù)您的實際大小進行修改，需要修改的部分代碼如下。

1、首先運行2Steper.ino，這個程序的作用是讓步進電機工作并畫出擺圖，比較簡單，只要調(diào)整轉(zhuǎn)數(shù)改變圖案即可。位置可能會差很多，直接運行程序時，擺臂可能會轉(zhuǎn)到完全不相關(guān)的位置，很麻煩。

2.主程序是WallDrawDemo.ino，會畫幾個圖案進行測試。先不要裝筆（線架可以掛在筆架上），運行程序，讓筆架空運行一會，看是否運行范圍，是否在紙張范圍內(nèi)。如果超過了，參數(shù)還是需要調(diào)整的，幾個參數(shù)的具體功效見程序說明幾個參數(shù)的作用在程序說明中有說明。

3.下一步是將我們的代碼上傳到Arduino板，代碼可以在這個instructable的底部找到，請確保您在ArduinoIDE中選擇ArduinoUno，用于您使用的設(shè)備（ArduinoUno）。

如果您不熟悉Arduino，請按照以下步驟操作：

通過USB將您的Arduino板連接到您的計算機

打開ArduinoIDE（如果沒有，請務(wù)必從他們的官方網(wǎng)站下載）

打開我們在Instructable頁面底部提供的項目

在ArduinoIDE頂部選擇“Tools》Board》ArduinoUno”，選擇板子對應(yīng)的端口號COM（（無法識別的設(shè)備請安裝Ch340驅(qū)動）

單擊V符號以驗證代碼，然后在其旁邊的向右箭頭按鈕推送代碼！

2Steper.ino

WallDrawDemo.ino

第6步：上傳您想要的圖片

當(dāng)您完成前面的步驟調(diào)試后，您可以上傳自己想要的圖像進行繪圖。

如何上傳你的圖片？

不能畫任何照片，只能畫矢量圖。幸運的是，有些照片可以通過軟件轉(zhuǎn)換成矢量圖。（您可以使用Coreldraw、Inkscape和許多其他軟件處理）或先嘗試簡單的矢量圖。

1.矢量圖要轉(zhuǎn)成gcode文件。Gcode是一個文本文件，可以用手寫板打開和編輯。在使用它之前，您可以瀏覽gcode中的值，這些值以實際毫米為單位，如果有成千上萬的值可能會導(dǎo)致步進電機在停止前轉(zhuǎn)幾個小時，這是災(zāi)難性的。具體gcode規(guī)則和使用網(wǎng)上很多，大家可以自行學(xué)習(xí)。

2.Gcode文件保存在內(nèi)存卡中，Arduino從卡中讀取文件，將位置坐標(biāo)解析成步進電機的動作，拉動繩子帶動筆畫。（包中的WallDraw.ino程序可以執(zhí)行此步驟）

特別提示：

內(nèi)存卡最好是fat32格式，ntfs格式的文件可能無法讀取，尤其是32G以上容量的卡。

Gcode文件的文件名要和程序中定義的一樣，一般是“1.nc”，如果不同，請改成同名。

然后需要在Arduino中刷WallDrawGCode程序。使用USB數(shù)據(jù)線連接您的計算機和Arduino，然后在您的計算機上打開CNCjs。

首先，使用XLoad將編譯好的BIN文件刷入Arduino

在XLoad中打開我們提供給您的WallDrawGCode.ino.standard.hex文件，Device選擇Uno，端口選擇COM，波特率選擇115200（無法識別的設(shè)備請安裝Ch340驅(qū)動）

最后點擊Upload按鈕，狀態(tài)欄會顯示Uploading.。。提示，成功后關(guān)閉。

將程序上傳到Arduino后，在電腦端安裝CNCjs應(yīng)用程序，選擇Grbl，搜索后會自動顯示端口號，波特率選擇115200，打開并建立連接。

正常連接后，控制臺會顯示如下內(nèi)容。并且有OK提示。

您可以通過在提示后輸入一個簡單的GCode來測試它。

G01x0y0z0//落筆

G01Z1//提筆

如果測試OK，就可以打開GCode文件開始繪圖了！

第7步：結(jié)論

在制作的過程中我們也遇到了很多問題：

1.第一個重要的一點是固定筆在上面只能露出一點筆架，不要伸出一半筆，這樣會導(dǎo)致抬不起來。

2.如果您的舵柄擺臂一直在向上移動，則不能抬起筆筒。簡單的解決辦法是把伺服臂取下來，換成可以抬起筆架的，然后裝在伺服主軸上。或者在程序中調(diào)整舵機的參數(shù)，讓舵機改變旋轉(zhuǎn)角度。請勿帶電轉(zhuǎn)動舵機，否則會損壞舵機。

3.另外，繪制的圖像嚴(yán)重失真。解決方法是先確認(rèn)方向是否正常。如果用Walldrawdemo的程序測試，九紋在上，桃心在左下，蝴蝶曲線在右下。如果方向不對，先參考上一題，修改方向。大多數(shù)情況下，變形是由于方向不對，所以尺寸不對。如果方向正確，x軸測量的尺寸不會出現(xiàn)太大的誤差，也不會出現(xiàn)嚴(yán)重的變形。

4.注意如果電機閥芯狂轉(zhuǎn)，拉線是不正常的。

5.另外一種情況是，如果你是用GCode作圖，可能是GCode中的尺寸相對于畫板尺寸來說太大了，所以即使筆筒撞到了電機座，線軸也會不停地轉(zhuǎn)動，或線軸完全松開后仍在旋轉(zhuǎn)。檢查GCode中是否有非常大的值，例如G01X7777Y6666或一些此類代碼。

6.最后一點，畫板很小，比如間距只有150mm，但是gcode超過了畫板的大?。ū热缡褂昧薃3大小的文件），計算出來的值會溢出，電機將繼續(xù)選擇旋轉(zhuǎn)。