🙍🏻 🈲 👨🏻‍🚀 Robot de tres ejes 🌉 🚛 👨‍👨‍👧‍👦

Autor: Nikolai Khabarov

Muchas personas, al escuchar un "robot", representan algún tipo de dispositivo humanoide. Sin embargo, el robot no siempre se ve así. A veces, un robot es simplemente una "máquina inteligente" capaz de fabricar cosas diferentes. Veamos qué variedades de tales robots existen, cómo se pueden aplicar y programar para crear cosas diferentes.

Primera máquina robot

Uno de los primeros robots de este tipo fue creado en 1804: un telar jacquard, que se podía programar para hacer telas con diferentes patrones usando una tarjeta perforada, que vemos a la derecha:

Dicha tarjeta perforada se insertó en la máquina y estableció la secuencia para tirar de los hilos, debido a lo cual la máquina fabricó la tela con el patrón apropiado. Al cambiar la tarjeta perforada, puede obtener un patrón diferente en la misma máquina.

Máquina CNC

Y posteriormente, aparecieron máquinas con control numérico (CNC o CNC):

estas máquinas le permiten hacer varias cosas con la ayuda de herramientas que usan herramientas que se usan en el eje de la máquina que se mueve en tres direcciones, a lo largo de los ejes X, Y y Z.

Fresadora

Una de las máquinas más comunes de este tipo es el fresado, que le permite procesar metales, plexiglás o madera. En la máquina, puede colocar una pieza de trabajo del material apropiado y, según el programa, obtendrá diferentes cosas. Como vemos, el molino se mueve en tres ejes en relación con la pieza de trabajo, aserrando el patrón de acuerdo con un programa dado:

Además de las fresas, puede usar varios taladros. El material puede ser cualquier cosa si se puede perforar o aserrar. La precisión de estas máquinas es muy alta, incluso las más baratas proporcionan precisión para colocar el cabezal en 1/400 milímetros. Estas máquinas pueden ser realmente grandes:

también hay fresadoras de cinco ejes. Son bastante complejos y caros: no es fácil proporcionar mecánicos que muevan con precisión la fresa en cinco ejes para trabajar con materiales fuertes. Aquí, por ejemplo, una máquina de este tipo gira la pieza de trabajo alrededor de su eje y el molino a lo largo de cinco ejes:

Corte de plasma

Las cortadoras de plasma se pueden usar en máquinas CNC, lo que facilita el corte de metal. Aquí hay un ejemplo de una máquina con un cortador de plasma:

Una antorcha de plasma funciona de la misma manera que la soldadura por arco eléctrico: se enciende un arco y se introduce aire en este arco bajo una ligera presión, que se calienta a 10-15 mil grados; debido al calentamiento, la presión aumenta, y este chorro atraviesa el metal. Los cortadores de plasma baratos que cualquiera puede comprar en la tienda pueden cortar 13 mm de acero. Después de haber fijado un cortador de plasma en una máquina CNC, es posible cortar láminas de metal bastante gruesas con una precisión muy alta.

Corte por láser

También recientemente, los cortadores láser se han utilizado en máquinas CNC. A diferencia de las cortadoras de plasma, que solo pueden cortar metal, una cortadora láser puede cortar casi cualquier material.

Sin embargo, con el cortador láser existen algunas dificultades asociadas con la seguridad de la aplicación: por ejemplo, la máquina que se muestra en la foto de arriba está equipada con un láser de CO ₂ con una potencia de varios cientos de vatios. En este caso, el rayo láser es invisible porque está en el rango infrarrojo. Esto requiere medidas de seguridad especiales.

El siguiente video es un ejemplo de un cortador láser simple, un láser semiconductor en una máquina herramienta que ensamblé yo mismo. Luego corta una inscripción en una hoja de papel: el logotipo de DeviceHive, uno de los proyectos internos de la compañía. Este es un láser semiconductor de 300 milivatios con una longitud de onda de 405 nanómetros. Este poder le permite cortar papel y quemarlo en madera contrachapada:

Impresoras 3D

Otra aplicación muy popular para máquinas herramienta robóticas son las impresoras 3D: de

hecho, una impresora 3D es la misma máquina con los mismos tres ejes, pero equipada con una extrusora: una

extrusora es un dispositivo pequeño con un motor paso a paso y un calentador que impulsa el alambre de plástico, lo derrite y con la ayuda de capas forma un producto plástico. Como regla general, se utiliza plástico ABS o PLA. A continuación se muestra un ejemplo del uso de una extrusora en la misma máquina en la que se montó el láser. Vemos cómo se produce la superposición gradual de capas para imprimir un triángulo tridimensional:

Openrons

La joven empresa OpenTrons propuso otra aplicación interesante de máquinas robóticas, para experimentos biológicos:

este es un diseño de tres ejes, como una herramienta de trabajo en la que se fijan las pipetas químicas para la transfusión de líquidos. Varios productos químicos y biomateriales se colocan en el escritorio, y el robot los mezcla de acuerdo con un programa predeterminado. Y los usuarios pueden cargar programas de experimentos terminados en la red.

Cupones de alimentos

Las impresoras 3D se utilizan no solo para imprimir plástico, sino también, por ejemplo, para imprimir alimentos:

Impresión de edificios

También es interesante la idea de imprimir edificios: por

supuesto, para la impresión de edificios, la instalación del CNC debe ser muy grande, pero el principio sigue siendo el mismo: hay movimiento en tres ejes y el edificio está construido de cemento. Al mismo tiempo, se necesita cemento especial para que el edificio se pueda construir sin refuerzo; o dicho robot necesita agregar la posibilidad de refuerzo, lo que lo complicará enormemente. Tal robot puede trabajar día y noche sin paradas:

Planta de tesla

La planta de producción de Tesla está casi completamente automatizada. Si observa de cerca, puede ver que los robots en la fotografía son todas las mismas máquinas CNC. Tienen varios ejes a lo largo de los cuales se mueve la herramienta. Con la ayuda de tales robots, la carrocería del automóvil se ensambla mediante soldadura.

Código de control de la máquina

Dichas máquinas se controlan, generalmente usando el llamado código G. El código G describe los movimientos de los ejes de la máquina. A continuación, en la segunda columna, el código describe cómo rodear la letra W:

la primera línea (G90 G40 G17) establece el modo de funcionamiento de la máquina. La segunda línea incluye el husillo a una velocidad de 500 rpm. En la tercera línea, G0 es el comando para mover la cabeza al ralentí (a la velocidad máxima y en la categoría más segura). En la cuarta línea, Z-1.0 indica que la máquina necesita acercarse a la pieza de trabajo. En la quinta línea, G1 es la carrera de trabajo cuando la máquina comienza a cortar o exprimir algo de sí misma. Y así sucesivamente.

Existen muchos programas para crear dicho código G a partir de modelos 3D, dibujos o incluso dibujos SVG.

Ejemplo de máquina casera

A continuación se muestra una máquina que ensamblé sobre la base de un marco estándar (arriba), que puede comprar de forma segura:

agregué al marco, además del cortador habitual, una extrusora para una impresora 3D y un pequeño láser semiconductor. Antes de eso, vimos dos videos (con impresión 3D y un láser) que muestran el trabajo en una máquina de este tipo.

Esto es lo que hay dentro de la máquina:

Aquí vemos un pequeño microcontrolador STM32. El firmware toma alrededor de 200 kb. Con este microcontrolador, puede controlar cinco ejes y dos dispositivos diferentes mediante la modulación de ancho de pulso (ya sea la velocidad del husillo o la potencia del láser). El microcontrolador en sí, como podemos ver en la foto, está debajo de la pantalla. Toda la parte posterior es la fuente de alimentación y los controladores de los motores paso a paso en la máquina. En la parte inferior izquierda de la imagen, como ejemplo de un controlador de motor paso a paso, hay una placa con un microcircuito, que también se vende por separado. Tal dispositivo puede producir varios objetos con alta precisión. Aquí hay un breve video de demostración de esta máquina:

El firmware de la máquina fue escrito desde cero en código C puro. Puede intentar diseñar una máquina de este tipo usted mismo: todas las fuentes se pueden tomar en GitHub .

Robot de tres ejes