🍑 🎁 👶🏿 Dreiachsroboter 💦 🧑🏾‍🤝‍🧑🏼 ◼️

Autor: Nikolai Khabarov

Viele Menschen, die einen "Roboter" hören, repräsentieren eine Art humanoides Gerät. Der Roboter sieht jedoch nicht immer so aus. Manchmal ist ein Roboter einfach eine „intelligente Maschine“, die verschiedene Dinge herstellen kann. Mal sehen, welche Arten solcher Roboter existieren, wie sie angewendet und programmiert werden können, um verschiedene Dinge zu erschaffen.

Erste Robotermaschine

Einer der ersten Roboter dieser Art wurde bereits 1804 hergestellt - ein Jacquardwebstuhl, der so programmiert werden konnte, dass mit einer Lochkarte, die wir rechts sehen, Stoffe mit unterschiedlichen Mustern hergestellt werden:

Eine solche Lochkarte wurde in die Maschine eingeführt und die Reihenfolge für das Ziehen der Fäden dafür festgelegt, aufgrund derer die Maschine den Stoff mit dem entsprechenden Muster herstellte. Wenn Sie die Lochkarte ändern, erhalten Sie möglicherweise ein anderes Muster auf derselben Maschine.

CNC-Maschine

Anschließend erschienen Maschinen mit numerischer Steuerung (CNC oder CNC): Mit

solchen Maschinen können Sie mithilfe von Werkzeugen verschiedene Dinge herstellen, indem Sie Werkzeuge verwenden, die auf der Achse der Maschine getragen werden und sich in drei Richtungen bewegen - entlang der Achsen X, Y und Z.

Fräsmaschine

Eine der häufigsten Maschinen dieser Art ist das Fräsen, mit dem Sie Metalle, Plexiglas oder Holz verarbeiten können. In die Maschine können Sie ein Werkstück aus dem entsprechenden Material einlegen, und daraus erhalten Sie je nach Programm unterschiedliche Dinge. Wie wir sehen, bewegt sich die Mühle in drei Achsen relativ zum Werkstück und sägt das Muster gemäß einem bestimmten Programm:

Zusätzlich zum Fräsen von Fräsern können Sie verschiedene Bohrer verwenden. Das Material kann alles sein, wenn es gebohrt oder gesägt werden kann. Die Genauigkeit solcher Maschinen ist sehr hoch - selbst die billigsten bieten eine Genauigkeit bei der Positionierung des Kopfes von 1/400 Millimeter. Solche Maschinen können sehr groß sein:

Es gibt auch fünfachsige Fräsmaschinen. Sie sind recht komplex und teuer - es ist nicht einfach, Mechaniker bereitzustellen, die den Fräser genau in fünf Achsen bewegen, um mit starken Materialien zu arbeiten. Hier dreht beispielsweise eine solche Maschine das Werkstück um ihre Achse und die Mühle selbst um fünf Achsen:

Plasmaschneiden

Plasmaschneider können in CNC-Maschinen verwendet werden, wodurch das Schneiden von Metall vereinfacht wird. Hier ist ein Beispiel einer Maschine mit einem Plasmaschneider:

Ein Plasmabrenner funktioniert genauso wie das Lichtbogenschweißen: Ein Lichtbogen wird gezündet, und Luft wird unter leichtem Druck in diesen Lichtbogen eingeführt, der auf 10-15.000 Grad erhitzt wird. Durch die Erwärmung steigt der Druck und dieser Strahl schneidet durch das Metall. Günstige Plasmaschneider, die jeder im Laden kaufen kann, können 13 mm Stahl durchschneiden. Nachdem ein solcher Plasmaschneider an einer CNC-Maschine befestigt wurde, ist es möglich, ziemlich dicke Bleche mit sehr hoher Genauigkeit zu durchschneiden.

Laserschneiden

Auch in jüngster Zeit wurden Laserschneider in CNC-Maschinen eingesetzt. Im Gegensatz zu Plasmaschneidern, die nur Metall schneiden können, kann ein Laserschneider fast jedes Material schneiden.

Mit einem Laserschneider sind jedoch einige Schwierigkeiten mit der Sicherheit der Anwendung verbunden: Beispielsweise ist die auf dem Foto oben gezeigte Maschine mit einem CO ₂ -Laser mit einer Leistung von mehreren hundert Watt ausgestattet. In diesem Fall ist der Laserstrahl unsichtbar, da er im Infrarotbereich liegt. Dies erfordert besondere Sicherheitsmaßnahmen.

Das folgende Video ist ein Beispiel für einen einfachen Laserschneider, einen Halbleiterlaser auf einer Werkzeugmaschine, die ich selbst zusammengebaut habe. Dann schneidet er eine Inschrift auf ein Stück Papier - das Logo von DeviceHive, einem der internen Projekte des Unternehmens. Dies ist ein 300-Milliwatt-Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge von 405 Nanometern. Mit dieser Kraft können Sie Papier schneiden und auf Sperrholz brennen:

3D-Drucker

Eine weitere sehr beliebte Anwendung für Roboter-Werkzeugmaschinen sind 3D-Drucker:

Tatsächlich ist ein 3D-Drucker dieselbe Maschine mit denselben drei Achsen, jedoch mit einem Extruder ausgestattet: Ein

Extruder ist ein kleines Gerät mit einem Schrittmotor und einer Heizung, die Kunststoffdraht antreibt. schmilzt es und bildet mit Hilfe von Schichten ein Kunststoffprodukt. In der Regel wird ABS- oder PLA-Kunststoff verwendet. Im Folgenden finden Sie ein Beispiel für die Verwendung eines Extruders auf derselben Maschine, auf der der Laser montiert wurde. Wir sehen, wie die allmähliche Überlappung von Ebenen zum Drucken eines dreidimensionalen Dreiecks auftritt:

Openrons

Eine weitere interessante Anwendung von Robotermaschinen wurde von der jungen Firma OpenTrons vorgeschlagen - für biologische Experimente:

Dies ist ein dreiachsiges Design als Arbeitswerkzeug, an dem chemische Pipetten für die Transfusion von Flüssigkeiten befestigt sind. Auf dem Desktop sind verschiedene Chemikalien und Biomaterialien angeordnet, die der Roboter nach einem vorgegebenen Programm mischt. Und Benutzer können Programme mit abgeschlossenen Experimenten in das Netzwerk hochladen.

Lebensmittelmarke

3D-Drucker werden nicht nur zum Drucken von Kunststoff verwendet, sondern beispielsweise auch zum Drucken von Lebensmitteln:

Gebäudedruck

Interessant ist auch die Idee, Gebäude zu drucken:

Natürlich muss zum Drucken von Gebäuden die CNC-Installation sehr groß sein, aber das Prinzip bleibt dasselbe: Es gibt Bewegung in drei Achsen, und das Gebäude besteht aus Zement. Gleichzeitig wird Spezialzement benötigt, damit das Gebäude ohne Bewehrung gebaut werden kann; oder ein solcher Roboter muss die Möglichkeit einer Verstärkung hinzufügen, was ihn stark erschwert. Ein solcher Roboter kann Tag und Nacht ohne Unterbrechung arbeiten:

Tesla-Anlage

Die Tesla-Produktionsanlage ist nahezu vollständig automatisiert. Wenn Sie genau hinschauen, können Sie sehen, dass die Roboter auf dem Foto alle die gleichen CNC-Maschinen sind. Sie haben mehrere Achsen, entlang denen sich das Werkzeug bewegt. Mit Hilfe solcher Roboter wird die Karosserie durch Schweißen zusammengebaut.

Maschinensteuerungscode

Solche Maschinen werden üblicherweise mit dem sogenannten G-Code gesteuert. Der G-Code beschreibt die Bewegungen der Maschinenachsen. Unten in der zweiten Spalte beschreibt der Code, wie der Buchstabe W

eingekreist wird : Die erste Zeile (G90 G40 G17) legt den Betriebsmodus der Maschine fest. Die zweite Linie enthält die Spindel mit einer Drehzahl von 500 U / min. In der dritten Zeile ist G0 der Befehl zum Bewegen des Kopfes im Leerlauf (mit maximaler Geschwindigkeit und in der sichersten Kategorie). In der vierten Zeile zeigt Z-1.0 an, dass sich die Maschine dem Werkstück nähern muss. In der fünften Zeile ist G1 der Arbeitshub, wenn die Maschine anfängt, etwas aus sich herauszusägen oder herauszudrücken. Und so weiter.

Es gibt viele Programme zum Erstellen eines solchen G-Codes aus 3D-Modellen, Zeichnungen oder sogar SVG-Zeichnungen.

Selbstgemachtes Maschinenbeispiel

Unten ist eine Maschine, die ich auf der Grundlage eines Standardrahmens (oben) zusammengebaut habe, den Sie sicher kaufen können:

Ich habe dem Rahmen zusätzlich zum üblichen Fräser einen Extruder für einen 3D-Drucker und einen kleinen Halbleiterlaser hinzugefügt. Zuvor sahen wir zwei Videos (mit 3D-Druck und Laser), die die Arbeit an einer solchen Maschine zeigten.

Folgendes befindet sich in der Maschine:

Hier sehen wir einen kleinen Mikrocontroller STM32. Die Firmware benötigt ca. 200 kb. Mit diesem Mikrocontroller können Sie fünf Achsen und zwei verschiedene Geräte mithilfe der Pulsweitenmodulation (entweder Spindeldrehzahl oder Laserleistung) steuern. Der Mikrocontroller selbst befindet sich, wie wir auf dem Foto sehen können, unter dem Bildschirm. Die gesamte Rückseite ist die Stromversorgung und die Treiber der Schrittmotoren an der Maschine. Unten links im Bild, als Beispiel für einen Schrittmotortreiber, befindet sich eine Platine mit einer Mikroschaltung, die ebenfalls separat erhältlich ist. Eine solche Vorrichtung kann verschiedene Objekte mit hoher Genauigkeit erzeugen. Hier ist ein kurzes Demo-Video dieser Maschine:

Die Firmware der Maschine wurde von Grund auf in reinem C-Code geschrieben. Sie können versuchen, eine solche Maschine selbst zu entwerfen - alle Quellen können auf GitHub übernommen werden .

Dreiachsroboter