Разработка перьевого плоттера векторного типа на основе отладочной платы ARDUINO UNO

Аннотация

В этой статье приведена возможность сборки плоттера на основе применения Arduino Uno

Графопостроитель (от греч. Граірсо — пишу, рисую), плоттер — устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем,

сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до АО или кальке. [1, с. 21]

Плоттеры по принципу формирования изображения можно разделить на два класса. Планшетные плоттеры называют плоттерами векторного типа (рисунок 1), а рулонные растрового типа. Векторные плоттеры бывают только перьевыми, остальные типы плоттеров — растровые. [2]

На планшетном плоттере носитель — бумага — жестко закрепляется на плоском столе, посредством электростатики, либо это может быть вакуумное закрепление, либо механическое, за счет магнитов в столе и прижимных пластинок. [1, с. 22]

Рулонные плоттеры (рисунок 2) — графопостроители с перемещающимся носителем — выполнены без закрепления носителя. Имеются три разновидности данного типа: барабанные, фрикционные, рулонные. Барабанные графопостроители, в которых носитель закреплен на вращающемся барабане. Фрикционные графопостроители, в которых носитель перемещается при помощи фрикционных роликов. И рулонные графопостроители, подобно фрикционным графопостроителям, но закрепляют уже специальный носитель с перфорированными краями. [1, с. 22-23]

По принципу печати плоттеры бывают: перьевые, струйные, лазерные, термографические, электростатические.

Перьевые плоттеры, они же векторного типа, использует пишущий элемент — перья, фибровые и пластиковые стержни (фломастеры), шариковые

Разработка перьевого плоттера векторного типа

на основе отладочной платы Arduino Uno

133

одноразовые и многоразовые ручки, карандаши, карандашные грифели и мелки, создавая изображение путем вычерчивания линии. [2]

Струйные плоттеры, работают по принципу струйного принтера, т.е. формирование изображения происходит посредством направленного распыления капелек чернил на бумагу через сопла печатающей головки. [1, с. 15-17]

Электростатические плоттеры, используя специальную электростатическую бумагу, с помощью записывающих головок «заряжают» бумагу отрицательным зарядом, создавая этим невидимое изображение. Далее эта бумага проходит через бокс, в котором над ней распыляется тонер с положительным зарядом. [1, с 23]

Термографические плоттеры используют специальную термореагентную бумагу, которая темнеет под воздействием температуры. Рисунок получается только монохромный. [2]

В лазерных плоттерах, как и в лазерных принтерах, применяется та же технология: электрографическая технология. К заряженным областям от лазера притягивается сухой тонер и запекается, проходя через нагреватель. [2]

Материнская плата плоттера — это его «мозг», весь функционал работы плоттера запрограммирован именно в материнской плате. Стоимость материнской платы плоттера FOISON серии «S», что показана на рисунке 3, составляет 11040 рублей (57850 тенге, при курсе 5,24).

Помимо материнской платы, для работы плоттера требуется сам пишущий элемент, блок питания (FOISON серии «S» 24 В.)шаговые двигатели. В конечном итоге выходит приличная сумма.

«Мозгом» для самодельного плоттера может послужить отладочная плата Arduino Uno (рисунок 4). Цена такой платы - около 3$ (около IlOO тенге).

Arduino Uno — это контроллер, построенный на чипе ATmega328, характеристика которого указана в таблице 1. На платформе имеется 14 цифровых вход/выходов (из которых 6 могут служить выводами для ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой, ICSP разъем и кнопку перезагрузки. Чип ATmega уже впаян в платформу, и нет необходимости постоянно вытаскивать его из рабочей платы, перепрошивать и ставить на место. [3]

Таблица 1. Основные характеристики платы Arduino Uno

Микронтроллер

ATmega328

Рабочее напряжение

Входное рекомендуемое напряжение

7-12 В

Входное предельное напряжение

6-20 В

Цифровые входы/выходы

14 (6-ШИМ)

Аналоговые входы

6

Постоянный ток через вход/выход

40 мА

Флеш-память

32 Кб

ОЗУ

2 Кб

EEPROM

1 Кб

Тактовая частота

16 МГц

Для питания платы достаточно порта USB (5 В), а для шаговых двигателей хватит и 12, тем самым можно использовать обычный блок питания от компьютера.

Программируется платформа при помощи программного обеспечения «Arduino». Подробная информация находится в справочнике и инструкциях. Микроконтроллер ATmega328 предоставляется уже с записанным загрузчиком, что облегчает запись новых программ без внешних программаторов. Связь осуществляется протоколом STK500. Есть возможность запрограммировать микроконтроллер без загрузчика, через выводы ICSP (внутрисхемное программирование). Подробная информация также находится в инструкции. [3]

AxiDraw - графическая машина-робот, что показана на рисунке 5, способна писать идеальным каллиграфическим почерком практически на любой ровной поверхности. Использует она обычные и всем известные канцелярские принадлежности, будь это простая шариковая ручка, мел или пищевой маркер. В зависимости от задач, при написании используется наклон в 45 градусов или стандартный вертикальный наклон. [4]

Эта роботизированная рука может повторить любой почерк или рисунок в абсолютной точности. В качестве полотна используется лист формата А4, но и бумага большего размера подойдет также. AxiDraw можно использовать для создания постеров, визиток, листовок, можно даже поэкспериментировать. Цена для изготовления такого устройства составляет около 450$ на момент написания статьи.

Для данного проекта был приобретен комплект: Arduino Uno, модуль числового программного управления и 4 драйвера шагового двигателя А4988 для Arduino. Комплект обходится в сумму 10$ и показан на рисунке 6.

Шаговые двигатели вполне подойдут те, что использовались еще в старых принтерах, а источником питания послужит блок питания от системного блока компьютера. На заказ были выполнены линейный вал, радиальные шарикоподшипники и шарикоподшипники линейного перемещения. Таким

образом, собрана необходимая элементная техническая база для изготовления описанного проекта. Финальным этапом будет являться написание программного кода для разрабатываемого плоттера.

По результатам выполнения проекта, планируется написание ещё одной- двух публикаций, в т.ч. на международных конференциях.

Литература:

  1. Титов, Ю.А. Система автоматизированного проектирования технологических процессов: учебное пособие /Ю. А. Титов, А. Ю. Титов. - Ульяновск: УлГТУ, 2010. - 123 с.
  2. http://studopedia.ru/3_207227_tipi-plotterov.html.
  3. http://arduino.ni/Hardware/ArduinoBoardUno.
  4. http ://goodsi. ru/pishushhaya-mashina-axidraw/.
Год: 2016