🚙 🌳 🎇 三轴机器人 🥊 🤽 🛌🏾

作者：尼古拉·哈巴罗夫（Nikolai Khabarov）

很多人听到“机器人”的声音，代表某种类人机器人。但是，机器人并不总是这样。有时，机器人仅仅是能够制造不同事物的“智能机器”。让我们看看这类机器人存在哪些种类，如何应用和编程它们来创建不同的事物。

第一台机器人机器

最早的此类机器人之一可于1804年创建-提花织机，可对其进行编程，以使用打孔卡制作具有不同图案的面料，我们在右侧看到：

将这样的打孔卡插入机器并设定拉线的顺序，因此机器将织物制成合适的花样。更换打孔卡，您可能在同一台机器上得到不同的图案。

数控机床

随后，出现了带有数控（CNC或CNC）的

机器：这种机器使您可以使用程序在机床的轴上沿三个方向（沿X，Y和Z轴）佩戴的工具来完成各种事情。

铣床

此类铣削是最常见的机器之一，它使您可以加工金属，有机玻璃或木材。在机器中，您可以使用合适的材料放置工件，然后根据程序从工件中获得不同的东西。如我们所见，铣刀相对于工件在三个轴上移动，并根据给定程序锯切了图案：

除了铣刀，您还可以使用各种钻头。该材料可以是任何可以钻孔或锯切的材料。这种机器的精度非常高-即使最便宜的机器也可以提供将头固定到1/400毫米的精度。这样的机器可能真的很大：

还有五轴铣床。它们非常复杂且昂贵-要提供能够在五个轴上精确移动铣刀以加工坚固材料的机械师并不容易。例如，在这里，这样的机器使工件绕其轴旋转，而铣刨刀自身沿五个轴旋转：

等离子切割

等离子切割机可用于CNC机床，使其易于切割金属。这是带有等离子切割机的机器的示例：

等离子炬的工作方式与电弧焊相同：点燃电弧，空气在轻微压力下进入该电弧，加热到10至15,000度。由于加热，压力增加，并且该射流切穿金属。任何人都可以在商店购买的便宜等离子切割机可以切割13毫米的钢材。将这样的等离子切割机固定在CNC机器上，就可以以非常高的精度切割相当厚的金属板。

激光切割

同样最近，激光切割机已被用于CNC机器上。与只能切割金属的等离子切割机不同，激光切割机几乎可以切割任何材料。

但是，使用激光切割机存在一些与应用安全性相关的困难：例如，上图所示的机器配备了功率为几百瓦的CO ₂激光器。在这种情况下，激光束是不可见的，因为它在红外范围内。这需要特殊的安全措施。

下面的视频是一个简单的激光切割机的示例，这是我自己组装的机床上的半导体激光器。然后，他在纸上切了一个字样-DeviceHive的徽标，该徽标是该公司的内部项目之一。这是波长为405纳米的300毫瓦半导体激光器。此功能使您可以裁切纸张并在胶合板上燃烧：

3D打印机

机器人机床的另一个非常流行的应用是3D打印机：

实际上，3D打印机是具有相同三个轴的同一台机器，但配备了挤出机：

挤出机是一种小型设备，带有步进电机和加热塑料丝的加热器，熔化它，并在层的帮助下形成塑料产品。通常使用ABS或PLA塑料。以下是在装有激光器的同一台机器上使用挤出机的示例。我们看到了如何打印三维三角形的图层逐渐重叠：

Openrons

年轻的OpenTrons公司提出了机器人机器的另一项有趣的应用-用于生物实验：

这是一种三轴设计，作为一种工作工具，用于固定输液用的化学移液器。各种化学品和生物材料被放置在桌面上，然后机器人根据预定程序将它们混合。用户可以将完成的实验程序上传到网络。

食品券

3D打印机不仅用于打印塑料，而且还用于打印食品：

建筑印刷

印刷建筑物的想法也很有趣：

当然，对于印刷建筑物，CNC安装必须非常大，但是原理仍然是相同的：在三个轴上有运动，并且建筑物由水泥制成。同时，需要特殊的水泥，以便建筑物无需加固即可建造。或这种机器人需要增加加固的可能性，这会使它变得非常复杂。这样的机器人可以昼夜不停地工作：

特斯拉工厂

Tesla生产工厂几乎是完全自动化的。如果仔细观察，您会发现照片中的机器人都是相同的CNC机器。它们具有工具沿其移动的多个轴。在这种机器人的帮助下，车身通过焊接组装。

机器控制码

通常使用所谓的G代码来控制此类机器。G代码描述了机床轴的运动。在第二列的下面，代码描述了如何圈出字母W：

第一行（G90 G40 G17）设置机器的操作模式。第二行包括主轴，转速为500 rpm。在第三行中，G0是移动磁头空转的命令（以最大速度和最安全的类别）。在第四行中，Z-1.0表示机器需要接近工件。在第五行中，G1是机器开始锯切或挤压自身物体时的工作行程。等等，

有很多程序可以从3D模型，工程图甚至SVG工程图创建这样的G代码。

自制机实例

以下是我在标准机架（顶部）的基础上组装的机器，您可以放心购买：

除了常用的切割机之外，我还添加了机架，用于3D打印机的挤出机和小型半导体激光器。在此之前，我们看了两个视频（带有3D打印和激光），展示了在这种机器上的工作。

这是机器内部的内容：

在这里，我们看到了一个小型的STM32微控制器。固件大约需要200 kb。使用该微控制器，您可以使用脉宽调制（主轴速度或激光功率）控制五个轴和两个不同的设备。如照片所示，微控制器本身位于屏幕下方。整个背面是机器上步进电机的电源和驱动器。作为步进电机驱动器的示例，图像左下方是带有微电路的板，该板也单独出售。这种设备可以高精度地生产各种物体。这是此机器的简短演示视频：

机器的固件是从头开始用纯C代码编写的。您可以尝试自己设计这样的机器-所有资源都可以在GitHub上获取。

三轴机器人