🎸 👉🏻 📣 Robô de três eixos ☪️ 🕉️ 💪🏻

Autor: Nikolai Khabarov

Muitas pessoas, ouvindo um "robô", representam algum tipo de dispositivo humanóide. No entanto, o robô nem sempre se parece com isso. Às vezes, um robô é simplesmente uma "máquina inteligente" capaz de fabricar coisas diferentes. Vamos ver que tipos de robôs existem, como eles podem ser aplicados e programados para criar coisas diferentes.

Primeira máquina robô

Um dos primeiros robôs desse tipo foi criado em 1804 - um tear jacquard, que poderia ser programado para fazer tecidos com padrões diferentes usando um cartão perfurado, que vemos à direita:

Um cartão perfurado foi inserido na máquina e definiu a sequência para puxar as linhas, devido à qual a máquina fez o tecido com o padrão apropriado. Alterando o cartão perfurado, você pode obter um padrão diferente na mesma máquina.

Máquina CNC

E subseqüentemente, as máquinas com controle numérico (CNC ou CNC) apareceram:

Essas máquinas permitem fazer várias coisas com a ajuda de ferramentas usando ferramentas usadas no eixo da máquina, movendo-se em três direções - ao longo dos eixos X, Y e Z.

Fresadora

Uma das máquinas mais comuns desse tipo é a fresagem, que permite processar metais, plexiglás ou madeira. Na máquina, você pode colocar uma peça de trabalho com o material apropriado e, dependendo do programa, obtém coisas diferentes. Como vemos, o moinho se move em três eixos em relação à peça de trabalho, cortando o padrão de acordo com um determinado programa:

Além das fresas, você pode usar várias brocas. O material pode ser qualquer coisa se puder ser perfurado ou serrado. A precisão de tais máquinas é muito alta - mesmo as mais baratas fornecem uma precisão de posicionamento da cabeça de 1/400 milímetro. Essas máquinas podem ser realmente grandes:

também existem fresadoras de cinco eixos. Eles são bastante complexos e caros - não é fácil fornecer mecânicos que movam com precisão a fresa em cinco eixos para trabalhar com materiais fortes. Aqui, por exemplo, essa máquina gira a peça de trabalho em torno de seu eixo e o próprio moinho ao longo de cinco eixos:

Corte a plasma

Os cortadores de plasma podem ser usados em máquinas CNC, facilitando o corte de metais. Aqui está um exemplo de uma máquina com um cortador de plasma:

Uma tocha de plasma funciona da mesma maneira que a soldagem a arco elétrico: um arco é aceso e o ar é introduzido nesse arco sob uma leve pressão, que é aquecida a 10-15 mil graus; devido ao aquecimento, a pressão aumenta e esse jato corta o metal. Os cortadores de plasma baratos que qualquer pessoa pode comprar na loja podem cortar 13 mm de aço. Tendo fixado esse cortador de plasma em uma máquina CNC, é possível cortar folhas de metal bastante grossas com uma precisão muito alta.

Corte a laser

Também recentemente, cortadores a laser foram utilizados em máquinas CNC. Ao contrário dos cortadores a plasma, que só podem cortar metal, um cortador a laser pode cortar quase qualquer material.

No entanto, com um cortador a laser, existem algumas dificuldades associadas à segurança da aplicação: por exemplo, a máquina mostrada na foto acima está equipada com um laser de CO ₂ com uma potência de várias centenas de watts. Nesse caso, o raio laser é invisível, porque está na faixa de infravermelho. Isso requer medidas especiais de segurança.

O vídeo abaixo é um exemplo de um simples cortador a laser, um laser semicondutor em uma máquina-ferramenta que eu montei. Em seguida, ele corta uma inscrição em um pedaço de papel - o logotipo do DeviceHive, um dos projetos internos da empresa. Este é um laser semicondutor de 300 miliwatt com comprimento de onda de 405 nanômetros. Esse poder permite cortar papel e gravar em madeira compensada:

Impressoras 3D

Outro aplicativo muito popular para máquinas-ferramenta robóticas são as impressoras 3D:

na verdade, uma impressora 3D é a mesma máquina com os mesmos três eixos, mas equipada com uma extrusora: uma

extrusora é um pequeno dispositivo com um motor de passo e aquecedor que impulsiona o fio de plástico, derrete e com a ajuda de camadas forma um produto plástico. Como regra, é utilizado plástico ABS ou PLA. Abaixo está um exemplo do uso de uma extrusora na mesma máquina em que o laser foi montado. Vemos como ocorre a sobreposição gradual de camadas para impressão de um triângulo tridimensional:

Openrons

Outra aplicação interessante de máquinas robóticas foi proposta pela jovem empresa OpenTrons - para experimentos biológicos:

este é um projeto de três eixos, como uma ferramenta de trabalho na qual são fixadas pipetas químicas para transfusão de líquidos. Vários produtos químicos e biomateriais são dispostos na área de trabalho, e o robô os mistura de acordo com um programa predeterminado. E os usuários podem fazer upload de programas de experimentos concluídos para a rede.

Vale-refeição

As impressoras 3D são usadas não apenas para imprimir plástico, mas também, por exemplo, para imprimir alimentos:

Impressão de edifícios

Também é interessante a ideia de imprimir prédios:

é claro que, para imprimir prédios, a instalação do CNC deve ser muito grande, mas o princípio permanece o mesmo: há movimento em três eixos e o prédio é feito de cimento. Ao mesmo tempo, é necessário cimento especial para que o edifício possa ser construído sem reforço; ou esse robô precisa adicionar a possibilidade de reforço, o que o complicará bastante. Esse robô pode trabalhar dia e noite sem paradas:

Planta de Tesla

A planta de produção da Tesla é quase completamente automatizada. Se você olhar de perto, poderá ver que os robôs na fotografia são todos iguais máquinas CNC. Eles têm vários eixos ao longo dos quais a ferramenta se move. Com a ajuda de tais robôs, o corpo do carro é montado por soldagem.

Código de Controle da Máquina

Tais máquinas são controladas, geralmente usando o chamado código G. O código G descreve os movimentos dos eixos da máquina. Abaixo na segunda coluna, o código descreve como circundar a letra W:

A primeira linha (G90 G40 G17) define o modo de operação da máquina. A segunda linha inclui o eixo a uma velocidade de 500 rpm. Na terceira linha, G0 é o comando para mover a cabeça em marcha lenta (na velocidade máxima e na categoria mais segura). Na quarta linha, Z-1.0 indica que a máquina precisa se aproximar da peça de trabalho. Na quinta linha, G1 é o curso de trabalho quando a máquina começa a serrar ou espremer algo fora de si. E assim por diante

Existem muitos programas para criar esse código G a partir de modelos 3D, desenhos ou mesmo desenhos SVG.

Exemplo de Máquina Caseira

Abaixo está uma máquina que eu montei com base em um quadro padrão (superior), que você pode comprar com segurança:

eu adicionei ao quadro, além do cortador usual, uma extrusora para uma impressora 3D e um pequeno laser semicondutor. Antes disso, vimos dois vídeos (com impressão 3D e laser) mostrando o trabalho nessa máquina.

Aqui está o que há dentro da máquina:

Aqui vemos um pequeno microcontrolador STM32. O firmware leva cerca de 200 kb. Usando este microcontrolador, você pode controlar cinco eixos e dois dispositivos diferentes usando a modulação de largura de pulso (velocidade do eixo ou potência do laser). O próprio microcontrolador, como podemos ver na foto, está embaixo da tela. A parte traseira inteira é a fonte de alimentação e os drivers dos motores de passo na máquina. A parte inferior esquerda da imagem, como exemplo de um driver de motor de passo, é uma placa com um microcircuito, que também é vendido separadamente. Esse dispositivo pode produzir vários objetos com alta precisão. Aqui está um pequeno vídeo de demonstração desta máquina:

O firmware da máquina foi escrito do zero em código C puro. Você pode tentar projetar uma máquina assim - todas as fontes podem ser obtidas no GitHub .

Robô de três eixos