ChaosEggBot

ChaosEggBot ist ein Benutzerprojekt

ChaosEggBot
Benutzerprojekt
Projekt:	ChaosEggBot
Benutzer:	Patrick Gubelmann
Bereich:	Roboter
Technologie:	LaserCutter, Arduino, 3D Druck

Einleitung

Dieser Bausatz basiert auf dem Original EggBot von Evil Mad Science LLC, 2010 http://www.evilmadscience.com und einer Adaption von Christoph Reinhardt http://www.christophreinhardt.ch. Folgende Hauptänderungen wurden in dieser Version vorgenommen:

• Sicherung der Stifthalteschraube
• Gegenhalter der hinteren Rändelmuttern
• Lagerung des Schwenkhebels
• Index bei der Skala
• Anordnung der Motoren und des Boards
• EleksMaker ManaSE Board
• GRBL Firmware
• LaserWeb Softwar

Stückliste

Anzahl	Beschreibung	Anzahl	Beschreibung
1 Set	Rahmenteile	13 Stück	I-6kt Schraube M3x8
1 Set	3D Druckteile	8 Stück	I-6kt Schraube M3x10
2 Stück	Nema 17 Schrittmotoren	12 Stück	I-6kt Schraube M3x14
1 Stück	Micro Servo 9G	1 Stück	I-6kt Schraube M4x30
1 Stück	Druckfeder	1 Stück	I-6kt Schraube M4x40
2 Stück	O-Ring	7 Stück	6kt Schraube M4x20
1 Stück	Welle Ø5x135mm	25 Stück	Mutter M3
1 Stück	EleksMaker ManaSE	12 Stück	Mutter M4
2 Stück	Jumper Kabelgehäuse 4Pol	4 Stück	Unterlagsscheibe M3
8 Stück	Crimpanschluss weiblich	2 Stück	Unterlagsscheibe M5

Hardware

Vorbereitungen

Die durch das Lasern entstandenen Ablagerungen sind mit Fensterputzmittel leicht zu reinigen. Allfällige unschöne Kanten können mit der Feile bearbeitet werden. Zu Enge Passungen sind ebenfalls mit der Feile zu korrigieren.

Die Welle ist auf die gewünschte Länge zu kürzen.

Bei den Werkstückhaltern, den Lagern, dem Stellring, dem Mitnehmer und dem Achs\-ende weisen die ø5mm Bohrungen Untermass auf. Diese sind durch aufbohren auf den Wellen- und Motorenachsdurchmesser anzupassen.

Je nach Motor sind die Kabel mit oder ohne Stecker. Diese sind dem Board anzupassen. Die weissen Buchsen sind aufgesteckt und können bei Bedarf vorsichtig entfernt werden.

Kleben

Höhenverstellung

Bei der Höhenverstellung weisen die weissen Flächen nach Aussen. Vor dem anbringen des Klebstoffes (Holzleim), die zu klebenden Flächen eventuell mit Schleifpapier anrauhen. Es ist darauf zu achten dass die Teile rechtwinklig zueinander stehen.

Stiftarm

Wie bei der Höhenverstellung sind beim Stiftarm die weissen Flächen nach Aussen gerichtet und die zu klebenden Flächen eventuell mit Schleifpapier anzurauhen. Der Stiftarm wird am besten in zwei Schritten geklebt. In der ersten Etappe die beiden Lagerteile (grau) und in der zweiten den Rest. Es ist auch hier darauf zu achten dass die Teile rechtwinklig zueinander stehen.

Aufbau

Lagerseite

Bei der Vormontage der Lagerseite zeigen die weisse Flächen nach Aussen. Die beiden mittleren Teile (gelb, dunkelblau) sind mit I-6kt Schrauben M3x10mm zu befestigen.

Zwischen die roten Teile ist jeweils eine 6kt-Schraube M4x20mm einzulegen. Anschliessend werden sie mit I-6kt Schrauben M3x16mm fixiert. Beim Ausrichten ist darauf zu achten dass die roten Teile bündig zur jeweiligen mittleren Platte sind und nicht vorstehen.

Die dritte 6kt-Schraube M4x20mm wird zusammen mit dem violetten Gegenhalter in das dunkelblaue Teil gesteckt.

Motorseite

Auf dem helblauen Teil wird zuerst der Motor mit I-6kt Schrauben M3x8mm befestigt. Der Stecker weisst dabei nach hinten, vom dem gelben Teil weg. Anschliessend wird die Motorseite analog zur oben beschriebenen Lagerseite montiert.

Das Elektronikboard und der Distanzrahmen sind mit I-6kt Schrauben M3x14mm und M3 Muttern zu befestigen. Der USB-Anschluss weisst dabei in die selbe Richtung wie jener des Motors.

Schwenkarm

Vor dem Zusammenbau der beiden geklebten Baugruppen, sind die Achslöcher mit einem Ø4mm Bohrer aufzubohren. Anschliessend können die Baugruppen mit einer I-6kt Schraube M4x30mm und zwei Muttern zusammengebaut werden. Beim kontern der beiden Muttern ist darauf zu Achten dass sie spielfrei und leichtgängig bewegt werden kann. Falls das Spiel zu gross ist, ist dieses mit Passscheiben auszugleichen.

Rändelmutter mit linkem und rechtem Index

Als Vorbereitung für die Seitenteilemontage sind die Rändelmuttern, M4 Muttern und die linken und rechten Indexe bereitzulegen.

Rahmen

Für die Montage des dunkelgrünen Seitenteils, werden die Motoren- und die Lagerseite auf die dunkelblauen Teile gestellt, sodass die im Vorfeld eingesetzten Schrauben nach oben zeigen.

Die vorbereiteten Rändelmuttern befestigen das Seitenteil. Dabei zeigen die Nocken der Indexe immer zum Holznocken der selben Führungsbahn.

Bei der Montage der hellgrünen Seite spielt die Position der Nocken der Indexe keine Rolle.

Motor

Der Motor für den Schwenkarmmotor wird mit I-6kt Schrauben M3x8mm und entsprechenden Unterlagsscheiben befestigt. Das Kabel zeigt dabei nach unten.

Welle

Für die Welle sind die beiden Lager von Aussen in die entsprechenden Bohrungen einzustecken. Besteht die Möglichkeit dass die Lager herausfallen können, sind sie mit Klebstoff zu fixieren. Können sie nicht hineingedrückt werden, ist die Bohrung anzupassen.

Anschliessend die Leichtgängigkeit der Welle prüfen und gegebenenfalls anpassen.

Die restlichen Teile sind gemäss dem Bild aufzustecken, mit I- 6kt Schrauben M3x8mm M3 Muttern zu klemmen. Die Unterlagsscheibe dient zum Schutz der Kunststoffteile gegenüber der Feder.

Mitnehmer und Werkstückhalter

Vor dem Aufstecken des Mitnehmers auf den Motor ist vorher die 6kt-Schrauben M4x20mm einzulegen und mit der Rändelmutter und M4 Mutter leicht zu fixieren. Beim Mitnehmer wie auch beim zweiten Werkstückhalter sind M3 Muttern und I-6kt Schrauben M3x8mm einzulegen und einzuschrauben. Der Werkstückhalter kommt auf die Axialmotor. Ein axiales Ausrichten erfolgt beim erstmaligen Einrichten des ChaosEggBots.

Zu diesem Zeitpunkt können auch die beiden O-Ringe in die Werkstückhalter eingelegt werden. Etwas Klebstoff verhindert ein allfälliges herausfallen.

Servo

Für den Servo wird das einarmige Horn benötigt. Dieses ist jedoch nur aufzustecken, um es bei der Inbetriebnahme ausrichten zu können.

Der Servo wird so montiert dass das Horn unter dem Stifhalter liegt und die Servoachse näher bei der Schwenkarmachse ist. Der Schwenkarm selbst wird jedoch noch nicht am Mitnehmer montiert. Dies erfolgt erst nach der Inbetriebnahme um allfällige Schäden zu vermeinden.

Elektronik

• Die Rotationsachse ist als X-Achse und die Schwenkachse als Y-Achse definiert.
• Die Kabel der Motoren sind je nach Kabelführung zu verlängern oder zu kürzen und anschliessend zu konfektionieren.

Board

• Das Kabel des Servos ist so zu verlegen dass die Schwenkbewegung und die Höhenverstellung des Schwenkarms nicht am Kabel reissen, respektive die Bewegungsfreiheit einschränkt.

Für das Einstecken des Kabels kommt das gelbe Kabel zum Pin S.

• Das Motorenkabel des X-Motors wird direkt auf dem Board bei X-Axis eingesteckt.
• Das Motorenkabel des Y-Motors wird durch die beiden Längsschlitze unterhalb des Motors geführt und auf dem Board bei Y-Axis eingesteckt.
• Beim Einstecken des Netzteils und USB-Kabels ist immer darauf zu achten, dass zuerst die USB-Verbindung mit dem Computer besteht ehe das Netzteil eingesteckt/geschaltet wird.

Software

Für die Installation und den Betrieb des ChaosEggBots werden diverse Programme und Dateien benötigen:

• Arduino für die Firmware auf dem Board www.arduino.cc/en/Main/Software
• GRBL 1.1f Servo die Firmware www.github.com/cprezzi/grbl-servo
• node.js der Server für LaserWeb3 www.nodejs.org/en/download
• Git das Hintergrundprogramm für die Installation von LaserWeb3 www.git-scm.com/downloads
• Google Chrome LaserWeb3 läuft nur auf Chrome www.google.ch/chrome/browser/desktop
• LaserWeb3 die Bediensoftware www.github.com/LaserWeb/LaserWeb3

Installation Arduino

Je nach Betriebssystem die richtige Installationsdatei herunterladen und installieren.

Installation GRBL 1.1f Servo

Auf der Seite des oben erwähnten Links die Schaltfläche Clone or download klicken und die ZIP-Datei herunterladen und entpacken.

Jetzt Arduino starten und unter Sketch/Bibliothek einbinden/.ZIP-Bibliothek hinzufügen... zum entpackten Ordner navigieren, den darin enthaltenen Ordner grbl markieren und Wählen klicken.

In Arduino ist unter Werkzeuge/Board der Eintrag Arduino Nanao auszuwählen. Nun unter Werkzeuge/Port nachsehen welche Ports angezeigt werden und das Menue verlassen. Erst jetzt das USB-Kabel mit dem Computer verbinden. Wird nun unter Werkzeuge/Port ein zusätzlicher Port angezeigt ist dieser auszuwählen. Wenn nicht, ist der USB-Treiber noch nicht installiert.

Der USB-Treiber kann unter www.drive.google.com/drive/folders/0B5Ariii1q6_tcnRrMDdwRVB0LWc je nach Betriebssystem heruntergeladen und installiert werden.

Nach diesen Schritten wird die Firmware auf das Board geladen. Hierzu wird unter Datei/Beispiele/grbl die Datei grblUpload ausgewählt. Durch drücken der Hochladen-Taste (Pfeil der nach rechts zeigt) wird die Firmware auf das Board geladen.

Installation node.js

Je nach Betriebssystem die richtige Installationsdatei herunterladen und installieren.

Installation Git

Je nach Betriebssystem die richtige Installationsdatei herunterladen und installieren.

Installation Google Chrome

Je nach Betriebssystem die richtige Installationsdatei herunterladen und installieren.

Installation LaserWeb3

Für jedes Betriebssystem ist unter www.github.com/LaserWeb/LaserWeb3/wiki auf der rechten Seite ein Link zur entsprechenden Anleitung. Achtung: Der erste Teil bezüglich node.js ist bereit gemacht und muss nicht nochmals wiederholt werden.

Inbetriebnahme

Software

Im LaserWeb3 sind noch zwei Einstellungen zu machen. Hierzu ist der ChaosEggBot mit dem Computer via USB-Kabel zu verbinden, sowie der LaserWeb-Server und Chrome zu starten.

LaserWeb-Server

1. Bei Mac das Programm Terminal starten / Bei Windows das Programm CMD (Eingabeaufforderung) starten
2. cd laserweb3 eingeben und Enter
3. node server.js eingeben und Enter

Google Chrome

LaserWeb-Server läuft

Wenn dieses Bild erscheint, läuft der LaserWeb-Server und es kann Google Chrome gestartet werden. In der Adresszeile ist localhost:8000 einzutragen. Alternativ kann auch die im Fenster angezeigte IP-Adresse verwendet werden.

Einstellungen im LaserWeb3

Backup laden

Unter www.drive.google.com/drive/folders/0B5Ariii1q6_tcnRrMDdwRVB0LWc ist die Backup-Datei (laserweb-settingsbackup.json) herunter zu laden.

Im LaserWeb3 unter Settings/BACKUP die Schaltfläche Restore from file klicken und die Backupdatei laden. Anschliessend Save drücken und die komplette Seite neu laden (Mac cmd + R, Windows F5).

Wird der ChaosEggBot an einem neuen Ort verwendet, kann es sein dass die Einstellungen verloren gehen. Wenn dies passiert, kann einfach die Backup-Datei neu geladen werden.

Einstellungen Parameter

Eingabefeld

Unten rechts ist ein Feld mit welchem man Kommandozeilen zur Anpassung der Firmware eingeben kann. $$ Zeigt alle Parameter mit den entsprechenden Werten. Durch $xy=ab wird der Parameter xy mit dem Wert ab überschrieben. Nachstehend die zu Ändernden Parameter mit den Werten:

$10=0	$100=32	$120=25
$30=255	$101=20	$121=25
$32=0	$102=20

Erste Bewegungen

Tastenfeld

Sind die Parameter gesetzt und das Board eingeschaltet, lassen sich durch die entsprechende Tasten X und Y bewegen, respektive rotieren. Die eingestellten Werte ergeben 100mm für eine volle Drehung und +/- 15mm für den Schwenkarm.

Der Servo ist durch drücken des Laser Test zu bewegen.

Schwenkarm

Durch drücken des Laser Test den Servo in die obere Stellung bringen. Dies ist die Position wenn der Stift abgehoben ist. Nun kann das Servohorn so positioniert werden dass er eine Neigung von ca. 15° bis 20° zum Tisch gegen oben hat. Ebenfalls ist nun auch der Schwenkarm auf den Mitnehmer zu montieren.

Erste Zeichnung

Zeichnung laden

Unter www.drive.google.com/drive/folders/0B5Ariii1q6_tcnRrMDdwRVB0LWc befindet sich ein Ordner Beispiele. In diesem hat es eine Datei Erste Zeichnung.dxf welche herunter zu laden und mit Open zu laden ist.

G-Code generieren

Mit Generate G-Code wird der benötigte G-Code erzeugt.

Ansicht wechseln

Durch Process gelangt man wieder in die Hauptansicht. Alternativ kann auch der Button Jog verwendet werden.

Nun gilt es den Schwenkarm vertikal zu stellen, durch den Schalter set zero die Werte auf Null zu stellen und run gcode zu drücken um das Programm laufen zu lassen.

Falls einer der Motoren in die falsche Richtung dreht, kann einfach der Stecker am Board gedreht werden.

Weitere Beispiele / eigene Bilder

LaserWeb3 kann folgende Dateiformate verarbeiten:

• DXF
• SVG
• JPG, PNG, etc.

DXF

Bei diesem Format werden die Linien in entsprechenden G-Code umgewandelt. Es gibt keine Skaliermöglichkeit. Wenn die Zeichnung zu gross oder zu klein ist, muss sie in einem entsprechenden Programm geändert werden.

SVG

Skalierung

Dieses Format ist ähnlich wie DXF, jedoch kann man hier das Bild vor dem generieren des G-Codes noch skalieren. Dies geschieht durch drücken des Pfeiles auf der rechten Seite des Dateinamens. Durch das Ändern der SVG Resolution vergrössert oder verkleinert sich die Zeichnung.

JPG, PNG, etc.

Bei diesen Formaten fährt LaserWeb3 nicht mehr die Linien ab, sondern es zerteilt das Bild in viele horizontale Linien. Wo es Weiss ist, wird der Stift angehoben und wo es farbig ist, wird er gesenkt. Auch hier ist eine Skalierung möglich.

Bildgrösse

Wenn ein Gegenstand einmal rundherum bemalt werden soll (zB. endloses Ornament), dann muss die Zeichnung genau 100mm sein. Dies ist unabhängig wie gross der Gegenstand ist! Die Breite ist so eingestellt dass wenn die Zeichnung 30mm ist, es ein Ei abdeckt.

Offset Schwenkarm

Ein wichtiger Hinweis!

Je nach dem wie Breit die Zeichnung, muss unter Settings/GCODE der Wert Y9 angepasst werden. Dieser Wert ist immer die hälfte der Gesamtbreite der Zeichnung. Erst anschliessend ist die Schaltflache Generate G-Code zu drücken.

Normalbetrieb

Für den Normalbetrieb ist immer zuerst der LaserWeb-Server (siehe LaserWeb-Server) und anschliessend Google Chrome (siehe Google Chrome) zu starten. Danach kann der ChaosEggBot via USB-Kabel mit dem Computer verbunden werden und zuletzt das Netzteil einstecken und das Board einschalten. Wie unter Weitere Beispiele / eigene Bilder beschrieben sind viele Wege möglich eine Zeichnung zu laden und zu zeichnen. Es sei hier aber der Hinweis gegeben weniger mehr ist. Detailreiche Sachen enden oftmals in einem Klecks als in einem Bild. Zum Schluss nochmals der Hinweis darauf dass die Bildabmasse bei 100mm x 30mm liegen und dass der Wert von Y9 in Abhängikeit zur Bildhöhe sein muss (halbe Bildhöhe = Y).

3D Druckteile

Index links	Index rechts	Achslager
Werkstückhalter	Rändelmutter	Rändelschraube
Stellring	Achsende	Mitnehmer

Herstellungsdateien

Unter www.drive.google.com/drive/folders/0B5Ariii1q6_tcnRrMDdwRVB0LWc sind die 3D-Druckteile und die Laserteile zu finden.

Berücksichtigte Probleme

Siehe Einleitung

Projektstatus

Abgeschlossen. Der Zusammenbau wird im FabLabWinti inkl. aller benötigten Teil auch als Kurs angeboten.

Ausbaumöglichkeiten

Um eine definierte Position des Y-Motors zu erhalten, wäre eine Erweiterung durch einen Endschalter zu diskutieren. Weitere Ideen können im Register Diskussion ausgetauscht werden.

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