{"id":7168,"date":"2023-12-19T00:36:54","date_gmt":"2023-12-18T23:36:54","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.etsii.urjc.es\/dseytr\/?p=7168"},"modified":"2024-01-25T13:40:01","modified_gmt":"2024-01-25T12:40:01","slug":"pen-plotter-cnc","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.etsii.urjc.es\/dseytr\/pen-plotter-cnc\/","title":{"rendered":"Pen Plotter CnC"},"content":{"rendered":"\n

Introducci\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n

Este proyecto se va a mostrar el desarrollo de un \u201dPen Plotter CnC\u201d, el cu\u00e1l, ser\u00e1 capaz de escribir cualquier palabra o frase solo usando Arduino y sus bibliotecas no har\u00e1 falta usar ning\u00fan programa externo.<\/p>\n\n\n\n

A lo largo de la publicaci\u00f3n, se explicar\u00e1 los distintos pasos que hemos dado para realizar este proyecto, adem\u00e1s se mostrar\u00e1n qu\u00e9 materiales se han usado, y c\u00f3mo se ha trabajado tanto con el hardware como con el software y qu\u00e9 dificultades, soluciones y mejoras se podr\u00edan realizar.<\/p>\n\n\n

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Imagen 1. Estructura final Proyecto.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n
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Desarrollo y planteamientos del proyecto<\/h2>\n\n\n\n

Para poder explicar el desarrollo de este proyecto se va separar en 2 partes: Hardware y Software explicando el planteamiento inicial y luego el que se lleg\u00f3 a aplicar.<\/p>\n\n\n\n

Hardware<\/h3>\n\n\n\n

Lo primero que hicimos, fue montar la estructura ya que sin ella no pod\u00edamos empezar con la parte del Software no pod\u00edamos probar de manera correcta lo que est\u00e1bamos haciendo.<\/p>\n\n\n\n

El planteamiento inicial era de realizar figuras de manera est\u00e1tica con el uso de un solo eje para subir y bajar el boli con un servo motor.<\/p>\n\n\n\n

Esta idea evolucion\u00f3 a una idea para poder escribir en una hoja Din-A4, esto hizo que mont\u00e1semos un proyecto con varios ejes que pudieran cubrir el tama\u00f1o de una hoja f\u00e1cilmente, para estos ejes se usar\u00eda motores paso a paso (Motor Nema 17) para realizar movimientos determinados y precisos seg\u00fan las instrucciones que se quer\u00eda enviar, un eje horizontal que se ha llamado eje X, y un eje vertical denominado eje Y donde se usar\u00edan estos motores y luego un ultimo movimiento simple que se realizar\u00eda con el servo motor de subir y bajar el bol\u00edgrafo. <\/p>\n\n\n\n

Adem\u00e1s, durante el desarrollo de la practica fue evolucionando seg\u00fan se iba viendo progresos y se decidi\u00f3 meter finales de carrera, estos eran unos botones que daban la indicaci\u00f3n que hab\u00eda un limite en los ejes, y asi evitar el deterioro de los motores y la posibilidad de poder seguir escribiendo no solo en una l\u00ednea de la hoja si no en varias l\u00edneas, porque posteriormente se crear\u00eda una fase previa y final para reubicar donde se quer\u00eda escribir en una coordenada conocida, usando la fase \u00abHoming\u00bb.<\/p>\n\n\n

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Imagen 2. Conexiones de motores y fin de carrera al controlador CnC shield.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n
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Imagen 3. Vista frontal del proyecto.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Tambi\u00e9n se dise\u00f1\u00f3 piezas para la estructura, ya que necesit\u00e1bamos que las piezas encajasen, as\u00ed como un soporte para colocar el bol\u00edgrafo o proteger la placa Arduino. Cabe mencionar que la estructura a pesar de que las medidas de encaje de las piezas fueran standard como los V-Slots o las ruedas dentadas, no se ten\u00eda claro que dise\u00f1o o forma se quer\u00eda dar, por lo que se pidi\u00f3 consejo externo para ver como se podr\u00eda plantear la estructura de la misma. <\/p>\n\n\n\n

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Imagen 4. Dise\u00f1o de estructuras 3D.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Software<\/h3>\n\n\n\n

En un principio, la pr\u00e1ctica iba a estar enfocada de otra manera, solo se iba a usar Arduino para cargar un Firmware \u00abGrbl\u00bb, ya que de esta manera se reduc\u00eda mucho el esfuerzo que se ten\u00eda que hacer en la parte de software, donde los motores paso a paso utilizaban un lenguaje de programaci\u00f3n denominado \u00abG-code\u00bb, por lo que este c\u00f3digo se generaba en un programa y luego mediante \u00abGrbl\u00bb de Arduino se cargaba a la placa Arduino. <\/p>\n\n\n\n

Pero como se ha indicado en la introducci\u00f3n, el objetivo de este proyecto era crearlo enteramente con Arduino, donde se utilizado tres librer\u00edas que serv\u00edan para poder mover los motores : \u00abaccelstepper.h\u00bb, \u00abmultistepper.h\u00bb y \u00abservo.h\u00bb.<\/p>\n\n\n\n

Por otra parte, para el planteamiento de como quer\u00edamos mandar la instrucci\u00f3n para dibujar los caracteres alfanum\u00e9ricos, se realiz\u00f3 mediante un sistema de puntos en un plan matricial, esto consist\u00eda en crear una matriz de coordenadas 3×3 donde pudi\u00e9ramos indicar por coordenadas desde que punto a que punto quer\u00edamos que se pintase.<\/p>\n\n\n

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Imagen 5. Evoluci\u00f3n de modelo del sistema matricial de coordenadas<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n
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Imagen 6. Ejemplos de figuras alfab\u00e9ticas con el sistema de matrices.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Materiales y costes<\/h2>\n\n\n\n
Materiales<\/th>Unidades<\/th>Precio<\/th><\/tr><\/thead>
CNC Shield V3 <\/td>1<\/td>6.99\u20ac<\/td><\/tr>
Driver A4988<\/td>5<\/td>12.99\u20ac<\/td><\/tr>
Agujas de punto
(Gu\u00edas para el soporte del servo)<\/td>		1<\/td>1\u20ac<\/td><\/tr>
Pegamento SuperGlue<\/td>1<\/td>3.95\u20ac (Reciclado)<\/td><\/tr>
Bol\u00edgrafo
(Para los muelles de soporte del servo)<\/td>		2<\/td>2.7\u20ac <\/td><\/tr>
Perfiles aluminio V-Slot 2020 350mm<\/td>3<\/td>20.37\u20ac (Reciclado)<\/td><\/tr>
Ruedas para V-slot<\/td>9<\/td>9.99\u20ac (Reciclado)<\/td><\/tr>
Correa x 5m<\/td>1<\/td>4.99\u20ac (Reciclado)<\/td><\/tr>
Ruedas dentadas<\/td>3<\/td>5\u20ac (Reciclado)<\/td><\/tr>
Varilla roscada x 1m<\/td>1<\/td>2.5\u20ac (Reciclado)<\/td><\/tr>
Perfil aluminio cuadrado x 1m<\/td>1<\/td>2.5\u20ac (Reciclado)<\/td><\/tr>
Torniller\u00eda variada<\/td>1<\/td>15\u20ac <\/td><\/tr>
Fuente de alimentaci\u00f3n 24v 15A<\/td>1<\/td>24.95\u20ac (Reciclado)<\/td><\/tr>
Motor Nema 17<\/td>3<\/td>27\u20ac (Reciclado)<\/td><\/tr>
Cableado variado<\/td>1<\/td>0.5\u20ac (Reciclado y kit elegoo Arduino de Clase)<\/td><\/tr>
Bobinas PLA 1kg<\/td>2<\/td>30\u20ac <\/td><\/tr>
Servomotor<\/td>1<\/td>2.98\u20ac (kit elegoo Arduino de Clase)<\/td><\/tr>
Botones<\/td>2<\/td>0.8 \u20ac (kit elegoo Arduino de Clase)<\/td><\/tr>
Total gastado
(Ahorrado por material reutilizado)<\/td>		 <\/td>68,68\u20ac<\/td><\/tr>
Coste total <\/td><\/td>174,21\u20ac<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

C\u00f3digo del proyecto y proceso de ejecuci\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n

A continuaci\u00f3n se muestra un diagrama de flujo que explica los pasos de ejecuci\u00f3n del programa y acompa\u00f1ado de un link que se ha facilitado para visualizar el c\u00f3digo de manera m\u00e1s c\u00f3moda. <\/p>\n\n\n

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Imagen 7. Diagrama de flujo del proceso de ejecuci\u00f3n del proyecto.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n
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Git Hub<\/a><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

Obst\u00e1culos<\/h2>\n\n\n\n

Durante la elaboraci\u00f3n de del proyecto hubo varios problemas que supusieron un reto para el correcto desarrollo de la practica, estos problemas fueron: <\/p>\n\n\n\n

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  • Rotura de driver y cnc shield<\/strong>\n
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    • Al inicio del proyecto, se dio prioridad al dise\u00f1o del hardware antes que al software para garantizar tiempo suficiente. La falta de experiencia en dise\u00f1o de circuitos llev\u00f3 a un error en el c\u00e1lculo del voltaje soportado por el driver. Esto, junto con problemas de adherencia del disipador de calor, result\u00f3 en da\u00f1os tanto en el driver como en la CNC shield utilizada en ese momento, lo que oblig\u00f3 a adquirir reemplazos nuevos.<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
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      • Desarrollo sistema de letras<\/strong>\n
          \n
        • En una etapa avanzada del proyecto, se enfrent\u00f3 la dificultad de c\u00f3mo incorporar las 27 letras del abecedario espa\u00f1ol. Implementarlas sin un sistema concreto resultar\u00eda costoso en tiempo y generar\u00eda un c\u00f3digo ca\u00f3tico y de dif\u00edcil revisi\u00f3n en caso de errores. Para simplificar y optimizar, se ide\u00f3 un sistema matricial para luego enviar \u00f3rdenes a los motores, lo que redujo la complejidad del c\u00f3digo y facilit\u00f3 la detecci\u00f3n de posibles fallos en el futuro. Esta implementaci\u00f3n no solo optimiz\u00f3 el tiempo del proyecto, sino que tambi\u00e9n mejor\u00f3 la legibilidad y la velocidad de desarrollo.<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
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          • Diagonales en las letras del sistema<\/strong>\n
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            • A pesar del sistema matricial para las letras, se necesitaba implementar l\u00edneas horizontales, verticales y diagonales. Las dos primeras se manejaban con uno o dos motores, pero las diagonales, que requer\u00edan los tres motores, presentaron dificultades. Se intent\u00f3 mover simult\u00e1neamente los ejes x e y, limitando las diagonales a 45\u00ba y complicando la representaci\u00f3n de letras como la W. Esto llev\u00f3 a buscar una soluci\u00f3n para generar cualquier tipo de diagonal entre dos puntos, con el uso del Algoritmo de Bresenham<\/strong> como inspiraci\u00f3n y el uso de la librer\u00eda \u00abmultistepper.h\u00bb.<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n\n\n
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              \"\"
              Imagen 8. Algoritmo de Bresenham.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n
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              • \u00c1ngulo y pieza del servomotor<\/strong>\n
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                • Para permitir el movimiento del bol\u00edgrafo necesario para escribir con las letras previamente programadas, dise\u00f1\u00f3 una pieza 3D que se acopl\u00f3 al servomotor del kit de Arduino. Se dedic\u00f3 tiempo a ajustar el \u00e1ngulo de movimiento del servomotor y se adquirieron bol\u00edgrafos adicionales y agujas de punto para mejorar la pieza. Una vez completados los ajustes, se integr\u00f3 la pieza al conjunto estructural y se posicion\u00f3 el servomotor en su ubicaci\u00f3n designada.<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
                    \n
                  • Universal Gcode Sender<\/strong>\n
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                    • Inicialmente, durante las primeras etapas del dise\u00f1o del software, se emple\u00f3 el programa Universal Gcode Sender para interactuar con los motores. M\u00e1s adelante, se reconoci\u00f3 que limitar el uso de Arduino \u00fanicamente para cargar un firmware era poco pr\u00e1ctico. Por ende, se opt\u00f3 por cambiar a Arduino y se enfocaron en utilizarlo desde ese momento en adelante.<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                      Conclusiones<\/h2>\n\n\n\n

                      Esta pr\u00e1ctica, nos ha permitido ampliar nuestros conocimientos sobre Arduino dado que ninguno de nosotros hab\u00edamos usado los motores paso a paso y nos hemos tenido que familiarizar con ellos tanto a nivel de Software como a nivel de Hardware. En general, hemos sentido que el proyecto era demasiado complejo en determinadas ocasiones, pero creemos que hemos conseguido superar los problemas que nos han ido surgiendo a lo largo de ella. Como conclusi\u00f3n, dir\u00edamos que hemos mejorado nuestro nivel con Arduino desde que empezamos esta pr\u00e1ctica hasta que la terminamos.<\/p>\n\n\n\n

                      Sin embargo, nos hubiera gustado poder a\u00f1adirle mejoras como es la optimizaci\u00f3n del \u00abHoming\u00bb ya que el proceso de reorientaci\u00f3n para poder escribir, era lento. Adem\u00e1s, una posibles mejoras e ideas que se han tenido para una versi\u00f3n mejorada hubiera permitido mandar mensajes desde el tel\u00e9fono m\u00f3vil o mediante una tarjeta SD en vez de solo por la terminal, as\u00ed como no limitar a escribir caracteres alfanum\u00e9ricos si no crear figuras con un interprete de G-code a Arduino.<\/p>\n\n\n\n

                      Miembros del Grupo 10<\/h2>\n\n\n\n
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                      • Sohaib Tarfi Elidrissi<\/li>\n\n\n\n
                      • Guillermo Arenal Estebaranz<\/li>\n\n\n\n
                      • Mario Diaz Gomez<\/li>\n\n\n\n
                      • Alberto Contreras Ruiz<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                        Video <\/h2>\n\n\n\n
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