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bipendul1:bi-pendulaire

Une machine à dessiner bi-pendulaire

Le principe de fonctionnement

Deux moteurs pas à pas déplacent une “gondole” sur laquelle est fixé un feutre. La gravité maintient la gondole suspendue à deux chaines entraînées par deux roues crantées fixées sur les axes des deux moteurs pas à pas. Un servo-moteur muni d'une came permet de “détacher” la gondole de la feuille est permet ainsi de déplacer celle-ci sans que le feutre ne touche le papier.Le schémas ci dessous montre le principe de fonctionnement :

Principe de fonctionnement

principe de fonctionnement de la machine à dessiner

Un peu de Mathématiques permettent de calculer la longueur l1 et l2 de chainette nécessaire afin que la gondole se positionne en (X,Y) dans le repère cartésien attaché à la feuille. Il suffit alors de faire tourner les moteurs pas à pas en conséquent.

Construction de la machine

La gondole

La gondole a été dessinée avec le logiciel Freecad

Puis réalisée sur une imprimante 3D iRapid

Le feutre est maintenu grâce à une vis M4

Vue d'en dessous, on aperçoit la came qui éloigne la gondole de la feuille

Je vous propose de télécharger le fichier STL pour vous permettre de réaliser une impression 3D de la gondole.

Le système d'entrainement

La roue dentée pour chaînette de douche a été dessinée avec le logiciel Freecad

Puis imprimée sur une imprimante 3D iRapid

La chaînette de douche ( diamètre 3.2mm )s'adapte parfaitement !

Je vous propose de télécharger le fichier STL pour vous permettre de réaliser une impression 3D de la roue dentée.

L'électronique

Vue d'ensemble de l'électronique

Vue d'ensemble de l'électronique de commande

Afin de commander votre machine a dessiner, il vous faudra :

  • Une carte Arduino Uno ou une carte compatible.
  • Une carte de commande de deux moteurs pas à pas référence( PAP1 )
  • une fiche trois broches pour connecter un servo-moteur. Par exemple une carte référence ( SERVO1 ) peut convenir.

L'ensemble des composants électronique a été vissé sur une plaque de MDF de 3mm d'épaisseur,qui elle même a été fixé au dos de la planche à dessiner.

Commande du servo-moteur de la gondole

A l'aide de trois fils réaliser les connexions suivant le schémas ci-dessous :

Broche de la carte Arduino Uno Broche du connecteur de la carte SERVO1
GND GND
+5V +5V
4 Sig

Commande de la carte d'asservissement de deux moteurs pas à pas

Réalisez les connexions suivant le schémas ci-dessous :

Broche de la carte Arduino Uno Broche de la carte PAP1
GND GND du bornier à vis
GND GND du connecteur coudé
Vin EXT du bornier à vis
+5V +5V du connecteur coudé
A4 SDA du connecteur coudé
A5 SCL du conncteur coudé

Pensez à ajouter deux résistances de 4.7k entre les lignes SDA,SCL et la ligne +5V. Ces résistances de pull-up sont nécessaires pour assurer un bon fonctionnement du bus I2C

Les logiciels

Le code pour la carte Arduino

Afin d'interpréter correctement les ordres reçus par l'ordinateur, il faudra charger dans votre carte Arduino Uno, le programme SHELL_UNO28.INO

Suivez ce lien pour obtenir le programme à télécharger dans votre carte Arduino Uno.

Le logiciel Draw'it pour PC

Développé en delphi, le logiciel permet à partir d'une image d'obtenir une version binarisée. Un algorithme maison transforme celle-ci en “coup de crayon” afin d'obtenir le dessin voulu. Puis celui-ci communique avec la carte Arduino pour la commande des différents moteurs.

Installation du logiciel Draw'it

Télécharger librement le logiciel pour Windows xp/ 7 / 8. Cliquez sur l’exécutable et suivez les instructions.

Télécharger le logiciel draw'it en version FreeWare.

Utilisation du logiciel Draw'it

Connecter votre carte Arduino sur un port USB de votre ordinateur. ( Veuillez a toujours utiliser le même port USB ! ). Lors du premier lancement du logiciel, il faudra renseigner quel est le numéro de port série qu'il faudra utiliser. Pour cela cliquez sur le bouton (1). Une fois le bon port sélectionné, cliquez sur le bouton (2) afin de sauvegarder votre réglage. Puis cliquez sur le bouton (3) pour établir la connexion avec la carte Arduino. Lors des démarrage suivant, le réglage n'étant plus a faire , vous pourrez directement vous connecter à la carte Arduino.

Réglage du port

Dans l'onglet Réglage machine, régler les paramètres suivants :

Réglage des paramètres de la machine à dessiner

  • (1) L'adresse I2C du controleur moteur référence PAP1 ( voir documentation de la carte ici )
  • (2) Les dimensions de la feuille de papier ( par défaut une feuille A4 mesure 210×297 mm )
  • (d) et (h) qui dépendent de la géométrie de votre machine comme le montre l'image ci-dessous

  • (p) le nombre de pas par metre. Le plus simple est de procéder par essais successifs. Si vous obtenez un dessin trop grand il faudra diminuer cette valeur sinon il faudra l'augmenter.
  • (v) entre 1 et 255. Diminuez cette valeur si vous constatez une perte de pas ( ou augmenter la tension d'alimentation des moteurs … )
  • (b) Correspond à la broche de l'arduino utilisée pour commander le servo-moteur de la gondole. Lors devotre première connexion, il faudra cliquer sur le bouton (3) afin de stocker cette information dans la carte Arduino.
  • Les boutons (4) et (5) permette de tester que la commande du servo-moteur de la gondole fonctionne.
  • Sauver vos paramètres en cliquant sur le bouton (6)
  • Cliquez sur (7) si vous voulez revenir aux réglages précédemment enregistrés.

Une fois vos réglages correctement effectués et sauvegardés, vous n'aurez plus besoin de revenir sur cet onglet mais pourrez directement passer à l'onglet Calibration du zéro machine

Calibration du “zéro” machine

  • En utilisant les boutons (1) , déplacez la gondole pour amener le feutre sur le coin en bas à gauche de votre feuille de papier.
  • Une fois cette position atteinte cliquez sur le bouton (2) pour valider celle-ci comme étant la position d'origine de la machine.

dans l'onglet dessiner,

Le traitement du dessin

  • Cliquez sur le bouton (1) pour charger une image
  • Après avoir choisi un niveau de seuil (2) entre 1 et 255, cliquez sur le bouton (3) pour binariser votre image. Modifier éventuellement le seuil et rebinariser jusqu'a obtenir une image monochrome satisfaisante.
  • Lancer l'exécution de votre dessin en cliquant sur (4).
  • Un appui sur (5) interrompt le dessin et repositionne la gondole sur la position d'origine de la machine.

Résultats

Un dessin complexe peut mettre 1 à 2 heures pour être réalisé. C'est étonnant de voir la “gondole” se déplacer chaotiquement sur la feuille de papier notamment sous l'action de la came. Ces mouvements ératiques donnent un charme certain à la chose … Le résultat s'apprécie en général de loin comme le montre les exemples réalisés avec cette machine. Mais n'hésitez pas à zoomer pour apprécier la course folle du feutre …

Cliquez sur les images ci-dessous pour voir ce que ça donne.

Martin luther kingChe GuevaraEinsteinIndira GandhiLa statue de la libertéLeonard de VinciNelson Mandelamarilyn MonroeBob Marley

Une vidéo

Pour faire plaisir aux petits … et aux grand enfants aussi !

Une seconde version

Voici les images d'une seconde version de la machine à dessiner prévu pour être “collé” avec des aimants sur un tableau blanc. Cette version est donc rapidement démontable et plus facilement transportable … De plus l'utilisation du shield EASYBOT1 avec son kit commande de deux moteurs cc permet un montage de l'électronique sans aucune soudure.

La seconde version de la machine à dessiner

Les supports moteurs qui sont collés sur le tableau avec deux aimants de porte de cuisine

L'électronique “sans soudure” qui utilise le matériel Technozone51 et qui tient avec deux aimants

bipendul1/bi-pendulaire.txt · Dernière modification: 2016/09/20 17:40 par admin