"Der etwas andere Plotter": Plotten in Polarkoordinaten

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"Der etwas andere Plotter": Plotten in Polarkoordinaten

Beitragvon davidrpf » 19 Feb 2018, 15:40

Hallo zusammen,

für meine Abschlussarbeit im NwT Unterricht habe ich einen Polarkoordinatenplotter entworfen. Ein gewöhnlicher Plotter verfügt über zwei lineare Achsen (X und Y) und wird mit kartesischen Koordinaten angesteuert. Dieser Plotter wird mit Polarkoordinaten angesteuert: Jeder Punkt auf der Zeichenfläche ist durch einen Winkel phi und den Abstand r zur Kreismitte definiert. Mithilfe des Drehtellers wird der Stellwinkel angefahren, die Linearachse bewegt den Stift zum Punkt mit dem Abstand r von der Kreismitte.

Das Modell ist größtenteils aus Fischertechnik aufgebaut und wird mit einem Arduino Mega gesteuert. Die Achsen werden durch Schrittmotoren bewegt.

Hier ist ein Video, das eine erste Zeichnung sowie einen Präzisionstest zeigt: https://youtu.be/6gYmWcp-9eA

Die Entwicklung ist noch nicht abgeschlossen, geplant ist noch eine weitere GCode Unterstützung sowie eventuell das HPGL Format einzubinden.

Gruß
David
Polarkoordinaten Plotter https://youtu.be/u6XwKxZuxqk
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Re: "Der etwas andere Plotter": Plotten in Polarkoordinaten

Beitragvon hamlet » 19 Feb 2018, 17:20

Hallo David,
Ein sehr schickes minimalistisches Design! Beim Betrachten des Films dachte ich zunächst: "Na klasse, Kreise und Radien sind ja keine große Kunst in Polarkoordinaten" … aber die erzielte Geschwindigkeit und Genauigkeit beim Zeichnen der Quadrate hat mich dann sehr beeindruckt.
Lustigerweise hab ich mich gestern ebenfalls mit Polarkoordinaten zur Positionierung eines Drehtellers beschäftigt. Er trägt ein Spielbrett und wird auch noch linear verschoben. Aber mit ft-Encodermotoren, Drehkranz und zu vielen spielbehafteten Rast-Getriebe-Teilen werde ich von der von Dir erzielten Präzision nur träumen können (-;
Viele Grüße,
Helmut
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Re: "Der etwas andere Plotter": Plotten in Polarkoordinaten

Beitragvon DirkW » 19 Feb 2018, 19:27

Hallo David,

großes Kompliment, für deine Idee, von mir. :D

Sehr spannend finde ich die Implementierung eines GCodes.
Freue mich auf weitere Videos.

Dein Projekt wäre auch etwas für unsrere ft:pedia.

Grüße
Dirk
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DirkW
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Re: "Der etwas andere Plotter": Plotten in Polarkoordinaten

Beitragvon Lars » 19 Feb 2018, 19:50

Hallo hamlet,

hamlet hat geschrieben:Lustigerweise hab ich mich gestern ebenfalls mit Polarkoordinaten zur Positionierung eines Drehtellers beschäftigt. Er trägt ein Spielbrett und wird auch noch linear verschoben. Aber mit ft-Encodermotoren, Drehkranz und zu vielen spielbehafteten Rast-Getriebe-Teilen werde ich von der von Dir erzielten Präzision nur träumen können (-;

Die Konstruktion bietet rein mechanisch große Vorteile gegenüber einem kartesischen Plotter, weil sie mit ft leicht beherrschbar ist. Eine feststehende Brücke, die nur einen Stifthalter tragen und in einer einzigen linearen Dimension bewegen muß sowie ein Drehtisch lassen sich mit ft sehr gut bauen. Der X/Y-Plotter hat dagegen das Problem, daß die Brücke mit dem Stift auch noch bewegt werden muß - in deren Antrieb mischt dann häufig eine Kraftübertragung mit einer mehr oder weniger dehnbaren Kette, einem Seil oder Gummiringen mit.

Ich würde in dem Fall ja zuerst versuchen, die beiden Schnecken für die Stiftbrücke mit Kegelzahnrädern und langen Achsen anzutreiben. Oder man verwendet zwei Z40 als Kronräder, die man von je einem Z10 oder Z20 auf gemeinsamer Welle antreiben läßt. In der Realität wie etwa in meinem (schon recht alten) Tintenstrahldrucker von HP wird der Druckkopf allerdings auch von einem Riemen bewegt, auch wenn der mit Sicherheit bessere und viel enger spezifizierte Eigenschaften als jede ft-Kette hat.

Das Spiel der Getriebe ließe sich softwaremäßig berücksichtigen; es stellt sich vielleicht eher die Frage nach der Auflösung. Aber die könnte man ja durch eine geeignete Übersetzung beeinflussen.

Mit freundlichen Grüßen
Lars
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Re: "Der etwas andere Plotter": Plotten in Polarkoordinaten

Beitragvon davidrpf » 20 Feb 2018, 15:29

Hallo zusammen,

hamlet hat geschrieben:Beim Betrachten des Films dachte ich zunächst: "Na klasse, Kreise und Radien sind ja keine große Kunst in Polarkoordinaten" … aber die erzielte Geschwindigkeit und Genauigkeit beim Zeichnen der Quadrate hat mich dann sehr beeindruckt.

Das Zeichnen der Kreissektoren hatte einen bestimmten Zweck: In jedem Sektor liegt -technisch betrachtet- die selbe Anzahl an Punkten. Allerdings sind die Sektoren unterschiedlich groß, die Auflösung des Plotters variiert also je nach Position auf der Zeichenfläche.

Lars hat geschrieben:Die Konstruktion bietet rein mechanisch große Vorteile gegenüber einem kartesischen Plotter, weil sie mit ft leicht beherrschbar ist. Eine feststehende Brücke, die nur einen Stifthalter tragen und in einer einzigen linearen Dimension bewegen muß sowie ein Drehtisch lassen sich mit ft sehr gut bauen. Der X/Y-Plotter hat dagegen das Problem, daß die Brücke mit dem Stift auch noch bewegt werden muß - in deren Antrieb mischt dann häufig eine Kraftübertragung mit einer mehr oder weniger dehnbaren Kette, einem Seil oder Gummiringen mit.


Das muss nicht zwangsläufig so sein. Auch bei X/Y Plottern kann man die Zeichenfläche bewegen (X-Achse) und die Y-Achse fest an einer Bauplatte montieren. Stellt euch den ft 3D Drucker ohne Z-Achse vor, das wäre im Prinzip eine solche Maschine. Nachteil: Das ganze beansprucht mehr Platz, da das Papier nicht gedreht wird.

Lars hat geschrieben:Ich würde in dem Fall ja zuerst versuchen, die beiden Schnecken für die Stiftbrücke mit Kegelzahnrädern und langen Achsen anzutreiben. Oder man verwendet zwei Z40 als Kronräder, die man von je einem Z10 oder Z20 auf gemeinsamer Welle antreiben läßt. In der Realität wie etwa in meinem (schon recht alten) Tintenstrahldrucker von HP wird der Druckkopf allerdings auch von einem Riemen bewegt, auch wenn der mit Sicherheit bessere und viel enger spezifizierte Eigenschaften als jede ft-Kette hat.

Das Spiel der Getriebe ließe sich softwaremäßig berücksichtigen; es stellt sich vielleicht eher die Frage nach der Auflösung. Aber die könnte man ja durch eine geeignete Übersetzung beeinflussen.


Die R-Achse hat praktisch kein Spiel. Sie ist ähnlich wie die Y-Achse des ft 3D Druckers konstruiert: Der Motor treibt die Schnecke direkt an, sodass das Spiel im Getriebe entfällt. Außerdem verwende ich zwei Schneckenwürfel, um das Spiel an den "Gewindestangen" zu minimieren.

Beim Drehteller hab ich getrickst und keine ft Teile verwendet. Dank Zahnriemen ist auch er sehr präzise. Explosionsansicht: https://www.youtube.com/watch?v=Zkj5--6Z51M

Gruß,
David
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Re: "Der etwas andere Plotter": Plotten in Polarkoordinaten

Beitragvon Dirk Fox » 27 Feb 2018, 10:40

Hallo David,

ein geniales Modell, ich bin sehr beeindruckt!
Das *muss* in die ft:pedia...

Beste Grüße,
Dirk
http://fischertechnik-blog.de - technikgeschichte-mit-fischertechnik.de - http://ftpedia.de
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Re: "Der etwas andere Plotter": Plotten in Polarkoordinaten

Beitragvon GuruGuru » 02 Mär 2018, 21:32

Super schönes Modell,

ich habe auch mal einen (kartesischen) Plotter entworfen. Um die "zu bewegenden" Teile zu minimieren habe ich den Stifthalter selber ohne Antrieb konzipiert. Den habe ich auf die Brücke verlegt. Hat den großen Vorteil, das der Stifthalter extrem leicht ist und kein Kabel zum Stifthalter verläuft.
Ließe sich bei deinem Modell auch super realisieren
Stifthalter.jpg
Die mittlere Achse auf dem Foto wird per Antrieb horizontal parallel angehoben und gesenkt....


Gruß Gerd
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Re: "Der etwas andere Plotter": Plotten in Polarkoordinaten

Beitragvon davidrpf » 07 Mär 2018, 10:58

Hallo zusammen,

mittlerweile hab ich die Linearachse etwas optimiert: Sie wird nun von zwei 8mm Messingstangen geführt. Zur präzisen und reibungsarmen Lagerung verwende ich zwei Linearlager (Ersatzteile eines 3D Druckers).
IMG_3801.JPG

Gruß,
David
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Re: "Der etwas andere Plotter": Plotten in Polarkoordinaten

Beitragvon davidrpf » 07 Mär 2018, 11:00

Die Linearlager werden jeweils in einen 3D gedruckten, ft kompatiblen Baustein gesteckt.
Ansicht von der anderen Seite:
IMG_3802.JPG
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Re: "Der etwas andere Plotter": Plotten in Polarkoordinaten

Beitragvon davidrpf » 15 Apr 2018, 09:04

DirkW hat geschrieben:Sehr spannend finde ich die Implementierung eines GCodes.
Freue mich auf weitere Videos.

Hallo zusammen,

der G-code Interpreter ist fertig implementiert, dank ihm kann der Plotter nun beliebige Pixel- und Vektorgrafiken zeichnen.
Video: https://www.youtube.com/watch?v=u6XwKxZuxqk

Außerdem wurde die Motorsteuerung optimiert, um eine noch höhere Zeichengeschwindigkeit zu erzielen. Der Tiger (siehe Video) kann somit in nur 2 Minuten und 41 Sekunden gezeichnet werden.
Tiger.jpg

Gruß,
David
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Re: "Der etwas andere Plotter": Plotten in Polarkoordinaten

Beitragvon Dirk Fox » 15 Apr 2018, 09:26

Hallo David,

bekommen wir das für die ft:pedia?

Herzlicher Gruß,
Dirk
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Re: "Der etwas andere Plotter": Plotten in Polarkoordinaten

Beitragvon davidrpf » 15 Apr 2018, 10:13

Hallo Dirk,

ein ft:pedia Artikel ist eine gute Idee. Da das Projekt sehr umfangreich ist, hab ich dir mal eine Mail geschickt...

Gruß,
David
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Re: "Der etwas andere Plotter": Plotten in Polarkoordinaten

Beitragvon hamlet » 15 Apr 2018, 10:52

Hallo David,
Ich bin schwer beindruckt!
Dein Plotter ist einfach eine wunderschöne saubere Konstruktion und es ist eine wahre Freude zuzuschauen wie unglaublich schnell und präzise er arbeitet.
Viele Grüße,
Helmut
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Re: "Der etwas andere Plotter": Plotten in Polarkoordinaten

Beitragvon davidrpf » 02 Mai 2018, 21:11

Hallo,

ich habe auf Hackaday einen kleinen Beitrag zum Plotter verfasst: https://hackaday.io/project/146270-pola ... ng-machine
Hackaday ist eine Plattform, auf der "Hacks", also technische Kniffe und allerlei unterschiedliche Projekte vorgestellt und diskutiert werden können. Die Redaktion hat das Projekt in ihren Newsletter aufgenommen, daraus möchte ich kurz zitieren:
[...] The Polar Drawing Machine that David built does its work with just three different mechanisms: one raises and lowers the pen, another moves the pen left and right, while the third rotates the drawing surface. Built with Fischertechnik pieces (a construction toy originating in Germany), it's a striking combination of simplicity and complexity.

Das Fischertechnik System ist zwar den meisten unbekannt, stößt auf der internationalen Plattform aber auf viel positive Resonanz. Ich denke, man sieht daran wieder einmal, wie viel Potential in Fischertechnik steckt und dass sich Conventions, ft:pedia und ähnliches lohnen, um Begeisterung für Technik zu wecken.

Beste Grüße
David
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