【原创】 drawbot 平面机械臂scara写字画画机器人DIY教程贴

https://v.youku.com/v_show/id_XN ... 7&playMode=pugv

write test

本帖最后由 jf_45354799 于 2024-11-2 14:14 编辑

先来一张效果图

测试视频见 https://v.youku.com/v_show/id_XN ... 7&playMode=pugv

这个项目上个月就在做了，结构和代码反反复复改了多次，加上自己又太忙，一直没来得及发帖分享。所以先立这个帖子吧，这两天先打点零件出个组装教程。

3D打印零件路径如下，可自行下载

drawbot by MG-mossbot - Thingiverse

需要用到的软件如下：

Xloader固件烧录软件用于给控制板烧录程序

机械臂大师上位机（作者原创软件）用于给机械臂发送指令

G代码生成软件1 inkscape及相关插件用于把照片文字生成可供执行的G代码

G代码生成软件2 奎享雕刻绿色版生成手写体G代码可通过手机app制作自己的专属字体

G代码生成软件3 laserGRBL，支持中文用于把照片文字生成可供执行的G代码

固件下载地址
通过百度网盘分享的文件：drawbot-v7.hex
链接：https://pan.baidu.com/s/1CdGoDr8WFIMfic-iPf5Znw
提取码：m1ov

项目简介：

桌面级scara机械臂，运动机构为两个42步进电机和一个9g舵机，控制板为mega 2560 和ramps 1.4，其他部件主要为3D打印件，工作范围为A4纸，使用国标G代码，目前可以实现写字画画功能。

交流q群 791947714

---------------------机械安装教程-------------------

drawbot 所用零件除打印件和铝管外均为标件，tb上都能买到。打印件tb上也有代打的，当然也可以找我打。

bom 表已整理完成，见下表，此表为最新表，适用于新笔夹。

舵机线长度需要80cm，长度不够的，需要自己接延长线。M8*55六角螺钉可用Φ8**40-M6 塞打螺钉代替，M8螺母也需换成M6。提高两个驱动轮同轴度。

零件差不多齐了，开搞了注下面教程不分照片使用的是笔夹为老版本，新笔夹安装图如下。

舵机线不够长的，先将线加长到80cm，在较长的一根铝管一端装上舵机支架，将舵机线穿入管内

装上舵机和笔夹，2mm*12mm光轴，2*12螺钉代替

安装连接件，两轴承中心距需为50mm，舵机线从管内穿过

安装皮带轮，提前套入同步带，不要漏了

限位开关为常闭型，如果买的常开型，自己改下线，接触片朝下。

安装步进电机

两个M4螺钉反装如图

插上电机线，裹上束线管，机械部分就算完成了

电气接线图如下，舵机红正黑负棕色为信号线，4988驱动模块下面需全部短接，以设置步进电机为16细分。电源为12v 电流大于2A即可。

---------------------调试教程-------------------

将mega2560连接电脑，打开设备管理器-端口找到如下端口，如果电脑无法识别控制板，需要控制板驱动，找商家要即可。

用xloader烧录hex固件。固件在thingiverse 3D打印件文件包中，选择对应的端口，波特率115200

打开机械臂大师，选择对应端口连接

出现如下返回值则连接成功。如果没有出现返回值，按一下控制板上的按钮即可。

软件界面如下

常用的控制指令如下：

G1 X10 Y10 直线移动
G28 回home点，每次开机后需要先回home点以确定机械臂位置
G90 切换到绝对坐标
G91切换到相对坐标系
G94切换到直角坐标系
G95切换到到角度坐标系
M3 舵机落笔  转到默认落笔角度
M3 S15 舵机转到15度
M4 L10 T40  设置默认落笔角度L 默认抬笔角度为T （用M4修改抬笔落笔舵机角度后，再通过M3 M5指令抬笔落笔，确认角度是否合适）
M5舵机抬笔  转到默认抬笔角度M92 X48.8 Y48.8 设置电机分辨率，如果电机步进角是1.8°，16细分直接用出厂设置就行
M203 X2000 Y2000  设置电机最大运动速度
M201 X1000 Y1000 设置电机运动加速度
M205 X0.8 电机运动平滑度（下面介绍）
M503 查看机械臂设置参数
M501 载入用户参数（保存到EEPROM的参数）
M502 恢复出厂设置
M500 保存用户参数（保存到EEPROM）
M370 将当面位置定义为坐标原点
M700 自动标定

所有参数修改后需用M500保存，否则重启后数据会丢失

首次连接后需要先发送M502恢复出厂设置，然后将机器摆成图示角度，大臂与电机座侧边平行，大小臂之间夹角为45°，可用A4纸对折得到45度角。

点击自动标定按钮，机械臂会自动归位，并触发限位，并通过计算到触发限位移动的步数，确定机械臂的角度，并数秒后标定完成，然后发送M500指令保存设置。

标定完成后，下次开机只需要回home位（点机械臂大师的中小房子即可，即G28指令）。如果机械臂重新拆装后，则需要重新标定。

如果标定后画线不直，请确认安装后下面3个尺寸是否准确，大小臂各长200mm，大臂和大臂拉杆轴承中心距离50mm。

发送G28回到HOME点，导入G代码生成软件导出的G代码，就可以开始愉快的写字了。

坐标系定义如下，X轴平行于电机座侧边，原点相对于旋转中心偏移如下，书写范围可以覆盖整个A4纸。

------------------------ ----控制代码部分-------- -------------------------

控制板作为下位机，他的作用是解释上位机发过来的G代码，G代码包含运动坐标值和一些控制指令，对于运动控制，下位机就是将G代码转换成步进电机的脉冲控制步进电机。这里比较关键的就是坐标正解反解函数，已知末端坐标值求出机械臂的角度，或已知机械臂的角度求出末端坐标值。

大多数工业scara机械臂副臂控制电机位于主臂和副臂上，电机控制的大臂小臂之间的角度，属于“相对”角度scara。如下图

和drawbot一样的平行四边形结构，副臂电机控制的副臂相对于世界坐标系的角度，即“绝对角度”scara

通过同步带传送，将电机移动到固定底座上，也为“绝对角度”scara

两种结构运动算法稍微有点区别。marlin 自带的scara算法属于“相对角度”scara，这里容易被忽略。

drawbot正解算法如下：

void calculate_SCARA_forward_Transform(float f_scara[3])
{
float x_sin, x_cos, y_sin, y_cos;
x_sin = sin(f_scara[X_AXIS]/SCARA_RAD2DEG) * Linkage_1;
x_cos = cos(f_scara[X_AXIS]/SCARA_RAD2DEG) * Linkage_1;
y_sin = sin(f_scara[Y_AXIS]/SCARA_RAD2DEG) * Linkage_2;//当Y电机控制小臂相对于世界坐标系旋转角度时使用此公式
   y_cos = cos(f_scara[Y_AXIS]/SCARA_RAD2DEG) * Linkage_2;//当Y电机控制小臂相对于世界坐标系旋转角度时使用此公式
   delta[X_AXIS] = -x_cos - y_cos - SCARA_offset[X_AXIS];  //求得用户坐标系下X值
   delta[Y_AXIS] = x_sin + y_sin - SCARA_offset[Y_AXIS];  //求得用户坐标系下Y值
}

SCARA_RAD2DEG弧度角度转换常数，即180/π。三角函数计算是弧度计算，所以所有角度需先转换成弧度。通过三角函数关系算出x_sin x_cos y_sin y_cos.

则图中黄色向量表示世界坐标系下的末端位置，（-x_cos - y_cos，x_sin + y_sin ）。再减去用户坐标偏移SCARA_offset，得到用户坐标系下的末端坐标值。

反解算法如下

void calculate_delta(float cartesian[3]){

float SCARA_pos[2];
  static float SCARA_C2, SCARA_S2, SCARA_K1, SCARA_K2, SCARA_theta, SCARA_psi;

  SCARA_pos[X_AXIS] = -cartesian[X_AXIS] - SCARA_offset[X_AXIS];  //求世界坐标系下X值并取反
  SCARA_pos[Y_AXIS] = cartesian[Y_AXIS] + SCARA_offset[Y_AXIS];  //求世界坐标系下Y值

  SCARA_C2 = ( sq(SCARA_pos[X_AXIS]) + sq(SCARA_pos[Y_AXIS]) - (float)L1_2 - (float)L2_2 ) /(2*Linkage_1*Linkage_2);

  SCARA_S2 = sqrt( 1 - sq(SCARA_C2) );
  SCARA_K1 = Linkage_1 + Linkage_2 * SCARA_C2;
  SCARA_K2 = Linkage_2 * SCARA_S2;

  SCARA_theta = ( atan2(SCARA_K1, SCARA_K2)-atan2(SCARA_pos[X_AXIS],SCARA_pos[Y_AXIS]) ) ;//大臂旋转角度，即主臂与-X轴夹角

  SCARA_psi = atan2(SCARA_S2,SCARA_C2) + SCARA_theta;//小臂旋转角度，当Y电机控制小臂相对于世界坐标系旋转角度时使用此公式

  delta[X_AXIS] = SCARA_theta * SCARA_RAD2DEG; //大臂旋转角度转换为弧度
  delta[Y_AXIS] = SCARA_psi * SCARA_RAD2DEG; //小臂旋转角度转换为弧度

}
}