ℹ️ 👩🏻‍⚕️ 🧓🏾 Robot à trois axes 📆 👩🏼‍✈️ 🎊

Auteur: Nikolai Khabarov

Beaucoup de gens, entendant un "robot", représentent une sorte d'appareil humanoïde. Cependant, le robot ne ressemble pas toujours à ceci. Parfois, un robot est simplement une «machine intelligente» capable de fabriquer différentes choses. Voyons quelles variétés de tels robots existent, comment ils peuvent être appliqués et programmés pour créer des choses différentes.

Première machine robotisée

L'un des premiers robots de ce type a été créé en 1804 - un métier à tisser jacquard, qui pourrait être programmé pour fabriquer des tissus avec différents motifs à l'aide d'une carte perforée, que nous voyons à droite:

Une telle carte perforée a été insérée dans la machine et a défini la séquence de dessin des fils pour elle, en raison de laquelle la machine a fabriqué le tissu avec le motif approprié. En changeant la carte perforée, vous pouvez obtenir un motif différent sur la même machine.

Machine CNC

Et par la suite, des machines à commande numérique (CNC ou CNC) sont apparues:

Ces machines vous permettent de produire diverses choses à l'aide d'outils, qui sont portés sur l'axe de la machine se déplaçant dans trois directions - le long des axes X, Y et Z.

Fraiseuse

L'une des machines les plus courantes de ce type est le fraisage, qui vous permet de traiter des métaux, du plexiglas ou du bois. Dans la machine, vous pouvez placer une pièce à partir du matériau approprié et, selon le programme, vous obtenez différentes choses. Comme on le voit, le broyeur se déplace sur trois axes par rapport à la pièce, sciant le motif selon un programme donné:

En plus des fraises, vous pouvez utiliser divers forets. Le matériau peut être n'importe quoi s'il peut être percé ou scié. La précision de ces machines est très élevée - même les moins chères offrent une précision de positionnement de la tête de 1/400 millimètre. De telles machines peuvent être très grandes:

il existe également des fraiseuses à cinq axes. Ils sont assez complexes et coûteux - il n'est pas facile de fournir des mécanismes qui déplacent avec précision la fraise sur cinq axes pour travailler avec des matériaux solides. Ici, par exemple, une telle machine fait tourner la pièce autour de son axe et le broyeur lui-même selon cinq axes:

Découpe plasma

Les coupeurs plasma peuvent être utilisés dans les machines CNC, ce qui facilite la coupe du métal. Voici un exemple de machine avec un coupeur plasma:

Une torche à plasma fonctionne de la même manière que le soudage à l'arc électrique: un arc est allumé et de l'air est introduit dans cet arc sous une légère pression, qui est chauffée à 10-15 mille degrés; en raison du chauffage, la pression augmente et ce jet traverse le métal. Les coupeurs de plasma bon marché que n'importe qui peut acheter dans le magasin peuvent couper 13 mm d'acier. Après avoir fixé un tel coupeur plasma sur une machine CNC, il est possible de couper des tôles assez épaisses avec une très grande précision.

Découpe laser

Récemment également, des découpeuses laser ont été utilisées sur des machines CNC. Contrairement aux coupeurs plasma, qui ne peuvent couper que du métal, un coupeur laser peut couper presque tous les matériaux.

Cependant, avec un découpeur laser, il existe certaines difficultés liées à la sécurité de l'application: par exemple, la machine représentée sur la photo ci-dessus est équipée d'un laser CO ₂ d'une puissance de plusieurs centaines de watts. Dans ce cas, le faisceau laser est invisible, car il est dans le domaine infrarouge. Cela nécessite des mesures de sécurité spéciales.

La vidéo ci-dessous est un exemple d'un simple laser cutter, un laser à semi-conducteur sur une machine-outil que j'ai moi-même assemblé. Puis il découpe une inscription sur un morceau de papier - le logo de DeviceHive, l'un des projets internes de l'entreprise. Il s'agit d'un laser à semi-conducteur de 300 milliwatts avec une longueur d'onde de 405 nanomètres. Ce pouvoir vous permet de couper du papier et de le graver sur du contreplaqué:

Imprimantes 3D

Les imprimantes 3D sont une autre application très populaire pour les machines-outils robotiques:

en fait, une imprimante 3D est la même machine avec les mêmes trois axes, mais équipée d'une extrudeuse: une

extrudeuse est un petit appareil avec un moteur pas à pas et un élément chauffant qui propulse le fil en plastique, le fond et à l'aide de couches forme un produit en plastique. En règle générale, du plastique ABS ou PLA est utilisé. Voici un exemple d'utilisation d'une extrudeuse sur la même machine sur laquelle le laser a été monté. Nous voyons comment se produit le chevauchement progressif des couches pour l'impression d'un triangle tridimensionnel:

Openrons

Une autre application intéressante des machines robotiques a été proposée par la jeune entreprise OpenTrons - pour les expériences biologiques:

il s'agit d'une conception à trois axes, comme outil de travail sur lequel sont fixées des pipettes chimiques pour la transfusion de liquides. Divers produits chimiques et biomatériaux sont disposés sur le bureau, et le robot les mélange selon un programme prédéterminé. Et les utilisateurs peuvent télécharger des programmes d'expériences terminées sur le réseau.

Timbre alimentaire

Les imprimantes 3D sont utilisées non seulement pour imprimer du plastique, mais aussi, par exemple, pour imprimer des aliments:

Impression de bâtiment

L'idée d'imprimer des bâtiments est également intéressante:

bien sûr, pour l'impression des bâtiments, l'installation CNC doit être très grande, mais le principe reste le même: il y a un mouvement sur trois axes et le bâtiment est construit en ciment. Dans le même temps, un ciment spécial est nécessaire pour que le bâtiment puisse être construit sans renforcement; ou un tel robot doit ajouter la possibilité de renforcement, ce qui le compliquera grandement. Un tel robot peut fonctionner jour et nuit sans arrêts:

Usine de Tesla

L'usine de production de Tesla est presque entièrement automatisée. Si vous regardez attentivement, vous pouvez voir que les robots sur la photo sont tous les mêmes machines CNC. Ils ont plusieurs axes le long desquels l'outil se déplace. À l'aide de tels robots, la carrosserie est assemblée par soudage.

Code de contrôle de la machine

Ces machines sont contrôlées, généralement en utilisant le soi-disant G-code. Le code G décrit les mouvements des axes de la machine. Ci-dessous dans la deuxième colonne, le code décrit comment encercler la lettre W:

La première ligne (G90 G40 G17) définit le mode de fonctionnement de la machine. La deuxième ligne comprend la broche à une vitesse de 500 tr / min. Dans la troisième ligne, G0 est la commande pour déplacer la tête au ralenti (à vitesse maximale et dans la catégorie la plus sûre). Dans la quatrième ligne, Z-1.0 indique que la machine doit s'approcher de la pièce. Dans la cinquième ligne, G1 est la course de travail lorsque la machine commence à scier ou à extraire quelque chose d'elle-même. Et ainsi de suite.

Il existe de nombreux programmes pour créer un tel code G à partir de modèles 3D, de dessins ou même de dessins SVG.

Exemple de machine maison

Ci-dessous, une machine que j'ai moi-même assemblée sur la base d'un cadre standard (en haut), que vous pouvez acheter en toute sécurité:

j'ai ajouté au cadre, en plus du cutter habituel, une extrudeuse pour une imprimante 3D et un petit laser à semi-conducteur. Avant cela, nous avons vu deux vidéos (avec impression 3D et laser) montrant le travail sur une telle machine.

Voici ce qu'il y a à l'intérieur de la machine:

Nous voyons ici un petit microcontrôleur STM32. Le firmware prend environ 200 ko. À l'aide de ce microcontrôleur, vous pouvez contrôler cinq axes et deux appareils différents en utilisant la modulation de la largeur d'impulsion (vitesse de broche ou puissance laser). Le microcontrôleur lui-même, comme nous pouvons le voir sur la photo, est sous l'écran. L'arrière entier est l'alimentation et les pilotes des moteurs pas à pas de la machine. En bas à gauche sur l'image, à titre d'exemple de pilote de moteur pas à pas, se trouve une carte avec un microcircuit, qui est également vendue séparément. Un tel dispositif peut produire divers objets avec une grande précision. Voici une courte vidéo de démonstration de cette machine:

Le firmware de la machine a été écrit à partir de zéro en code C pur. Vous pouvez essayer de concevoir une telle machine vous-même - toutes les sources peuvent être prises sur GitHub .

Robot à trois axes