JoyStick para Stepper

Muitos perguntaram, aqui está o JoyStick que eu usei na minha mesa. A idéia nasceu muito antes da própria Mesa XYZ e já havia sido discutida na lista.

O projeto é aberto LGPL e é permitido copiar (veja nota no final), mas agradeço se fizerem contato... posso até ajudar, incrementando o que já existe

O JoyStick permite um movimento rápido da mesa em qualquer direção.

A velocidade é progressiva, desde bem devagar para posicionar com precisão, até a velocidade máxima da máquina.

Não precisa ligar computador nem mais nada. O controle fica na lateral e serve como painel.

Usei um Controle de PS2, desmontei os dois JoySticks. A montagem na caixa deu muito trabalho, mas quando fizer a próxima, posso fazer rápido na RepRap...

Um botão movimenta X e Y, o outro movimenta apenas o Z. Uma das chaves ativa os JoySticks ou volta ao modo de operação normal. A outra chave permite a operação bem lenta para posicionamento delicado.

Uma placa para cada eixo, elas ficam dentro da gaveta da eletrônica.

A primeira placa, da direita, foi a primeira. Os bornes de parafuso pareciam uma boa idéia, mas durante a manipulação percebi que não é. Esta deverá ser substituída para facilitar.

Os conectores dão mais trabalho para montar, mas facilitam muito depois.

A placa na verdade contém várias funções acessórias:
Joystick: o circuito é analógico e ocupa os 1/3 da esquerda e tem ajuste de velocidade máxima.
Seleção: a função JoyStick pode ser desativada.
Sensor de Limites emin. e max. com lógica para não ultrapassar.
Filtros em tudo, com esses flats correndo junto e bem acoplados, eu já assumo que precisa filtrar tudo e bem.
Home: saída dos sensores já bem filtrados para o controlador.
(click para aumentar)

Esta é a parte interessante do circuito: o circuito analógico que gera os pulsos.

Dois transistores estão ligados direto no JoyStick, quando este se afasta do centro, a corrente em um dos dois aumenta progressivamente.

Em cima há um espelho de corrente, então as correntes nos dois sentidos são agora iguais e são somadas para acionar um oscilador do tipo integrador. O OpAmp recebe ajuda de um transistor para gerar pulsos mais estreitos.
Um outro OpAmp determina a direção, comparando o JoyStick com a referencia central.

Veja o esquema completo em pdf aqui, utilizei o KiCAD e já existe um Layout pronto. Caso tenha interesse em implementar, entre em contato, de referência através da lista de discussão: http://microsdiybr.blogspot.com

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LGPL: Copyleft (c) Alain Mouette, 2010-2011. É permitdo copiar, é permitido vender e ficar rico com isto. Mas é obrigatório divulgar o aviso de  Copyright e qualquer alteração ou melhoria que venha a ser feita.

Fiação da Mesa e Sensores

Na maioria das máquinas que eu vejo (exceto as profissionais), existem muitos fios indo para todo lado. Eu acho isso horrível.

Ao longo de todo o Projeto da Mesa XYZ, a fiação estava sendo projetada junto. Agora dá para ver como ficou simples e bem arrumado...

A fiação toda corre entre as placas, acompanhando os trilhos. Foi usado Flat-Cable para tudo. Alguns estão duplicados, como os dos motores ou quadruplicados como os do aquecedor do bico.

Em cada extremo das curvas, os flats são mantidos prensados por pequenos blocos, as placas das mesas já servem de apoio e guia.
(clique para ampliar)

Na placa do Eixo Z tem dois conectores, cada um de um respectivo Flat Cable, com alsa de remoção. Isso evita quebrar os fios.

Um conector de 10 vias para o bico do extruder, e outro de 16 vias para o motor do extruder, coolers e etc.

Na verdade, o uso pode ser diverso, desde que o outro extremo do cabo seja reconfigurado também.

Cada placa móvel tem um conector para seu próprio flat. Assim cada conjunto pode ser facilmente desmontado para manutenção.

Este é o conector da placa móvel intermediária na face de trás, fica bem perto de onde passam todos os flats. Aqui estão conectados o motor e os dois sensores óticos de fim de curso.

Este é o flat-cable que vai alimentar a mesa aquecida. Como é um único flat e é mais longo, uma folha de PVC fino serve como guia.

A fiação corre pela lateral interna do pórtico, pela lateral da base, faz uma curva junto ao trilho e termina na gaveta da eletrônica.

Os fios são longos, mas como os drivers já têm tensão mais elevada, o funcionamento dos motores não deve ser afetado.

Ah! não se impressionem com a arrumação, até o fim da montagem vai ficar naturalmente zoneado!
(clique para ampliar)

Detalhe da curva dos Flats acompanhando o trilho da Gaveta. Desta maneira a própria natureza dos Flat-Cables ajuda a manter eles organizados e a não serem afetados pelo movimento da gaveta.

Ao lado dos Flats está o cabo USB da interface.

Novo: o PVC quebrou várias vezes (era velho, uns 10 anos) então troquei todos por filme de poliéster de 0,35mm, comprado na Laminex (teve que comprar 1m² pro R$20).

O cabo USB é apenas uma extensão que vai até a traseira onde com um adaptador (achei na Multi Comercial) é uma entrada USB padrão.

E este é p painel traseiro com conector de AC e chave 110/220V.

Dois cooler fracos proporcionam melhor fluxo de ar que um cooler mais forte para evitar sobreaquecimento do interior da gaveta.

Detalhe por baixo, com a tampa da base removida. Quando a gaveta abre sobre os trilhos telescópicos tudo fica accessível para manutenção, tanto a fiação quanto a fixação dos trilhos

• Sensores

Os Sensores de fim de curso mínimo e máximo são apenas interruptores óticos C860TP (Cromatek, nacional).

Um cabinho de 3 fios soldado direto, sem placa ou conectores é simples e prático. Eles estão sempre preso na placa que já tem um conector.

Em cada lateral do carro (no qual etá preso a placa móvel) tem uma lamina que aciona o Sensor, este está preso na mesma placa onde está o motor.

Esta versão provisória está apenas colado com hot-melt na lateral do carro. Depois que o funcionamento do conjunto for melhor compreendido, será feita uma fixação com parafuso para permitir ajuste.

É interessante ter ambos os sensores porque, ainda que os motores não tenham força para danificar o mecanismo, as regulagens são alteradas se forçar mecanicamente nos limites.

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Agora está tudo montado, vou passar um bom tempo montando a eletrônica para tudo isso. Já estou preparando a versão II da Joystick analógico!

Também não tenho a eletrônica da RepRap, apenas um Arduino Mega e um proto-shield... ainda tem muito o que fazer... e isso é bom

Conjunto no Pórtico

Depois de algum tempo sem mostrar nada, aqui está a montagem do conjunto do pórtico.

Ganhei alguns pedaços de acrílico, isso ajuda a visualizar os detalhes. Se bem que me pergunto se não mostra em excesso e torna mais confuso.

Uma placa intermediária se movimenta na horizontal, movida pelo motor à direita.

A placa do Eixo Z se movimenta com o motor de cima. A intenção era de que se movesse apenas para baixo mas ficou muito ruim. Segundo a orientação de Sir Jorge, o movimento fica bem melhor subindo e descendo 5cm do centro...

(Click para ampliar)

Esta é a vista lateral do conjunto. Dá para ver o suporte do pórtico à esquerda e a placa para suporte do Extrusor à direita.

Esta é a visão frontal, a sobreposição dos eixos torna a visão mais complexa do realmente é. Coloquei explicações sobre cada detalhe apenas do eixo Z. O Damper ainda não estava pronto, então tem apenas uma marca no local.

Para aqueles que quiserem dar uma olhada em mais detalhes, aqui estão os desenhos. Acho que sem ver o original não deve ser muito compreensível mas está tudo aí...

• GavetaBase01.pdf parte inferior com a gaveta para a eletrônica
• SuportePortico01.pdf suporte da parte vertical com o pórtico
• ConjuntoZ05.pdf vista conjunta dos dois eixos e dos trilhos
• Trilhos01.pdf Furação e detalhes dos trilhos
• SuporteMotor03.pdf suporte em MDF do motor
• SuportePorca06.pdf porca, eliminador de folga e conexão com a mesa
• SuporteEixo04.pdf apoio para a ponta do eixo
• outros detalhes estão explicados em posts anteriores.

Para mais esclarecimentos e troca de idéias, por favor usem a lista do RepRapBR onde podemos trocar emails comunitariamente.

Fixação e Regulagem dos trilhos

Fixar os trilhos é uma operação delicada. Quanto mais atenção ao detalhes durante o processo, mais fácil será o ajuste no final.

As duas placas Y e Z aqui foram feitas de acrílico, doação de um amigo, para facilitar a visualização. Normalmente seriam de MDF também.

O desenho dos Trilhos Y e Z está aqui em pdf. Lembre-se que estes desenhos são do protótipo e podem sofrer alterações ao longo do caminho. Todos os furos são de 5mm e os parafusos são de 4mm para permitir ajuste posterior.

• Furando e montando

Marcar cuidadosamente as posições de acordo com o desenho.

Veja o esquadro à esquerda para garantir alinhamento.

Marque os furos com cuidado, usando os próprios furos existentes como guia para evitar surpresas.

Para a placa Superior de cada eixo, use o mesmo método, mas com os trilhos encaixados e posicionados.

A placa inferior do Y é a que fica presa ao pórtico. A superior do Y á também a inferior do Z.

O recorte na foto é o encaixe do motor e acoplamento.

A placa Y é a superior do eixo Y, mas é também a inferior do eixo X. Para evitar interferências, os parafusos têm cabeça chata e os furos são escariados.

Cuidado ao fazer furos escariados em MDF, faça várias experiencias antes de pegar a peça definitiva.

• Ajustando

Ajuste é uma arte, e exige sempre muita paciência. Melhora também com a experiencia, mas vou dar umas dicas que aprendi ao longo do caminho:

Esta sequencia leva rapidamente a um ajuste que funciona bem. Eu mesmo apliquei no Eixo X que desmontei para terminar a pintura e descobri que estava com o problema (4) abaixo, depois de corrigir (com calços) foi muito mais rápido que da primeira vez.

Situações que "podem" acontecer:
1) esse é o ideal
2) eixo deslocado mas continua paralelo, isso não afeta o funcionamento e é muito interessante para compensar diferenças
3) um eixo está para fora, o trilho que estiver fixado, vai forçar e o movimento vai ficar duro
4) uma das pontas está para baixo. Conforme a mesa se desloca, ela teria que torcer, o movimento vai ficar duro
5) eixos são paralelos entre sí, mas não paralelos ao movimento. Se isto acontecer no eixo X, por exemplo, com o movimento a mesa vai subir e descer, batendo na extrusora ou ferramenta
6) eixos para o lado. Se for no Y, pode também bater na mesa
5 e 6) também podem gerar peças deformadas...

Primeiro tem que garantir que o trilho está bem paralelo à mesa. Começar com a parte externa do trilho, que é fixada na parte móvel.

A altura medida direto no trilho deve ser ser a mesma em cada ponta. Ajuste como for necessário...

Esta é uma outra maneira de medir sem estar montado, usando o degrau que existe nas costas do paquímetro.

Pode ser mais prático em alguns casos.

Depois, com o trilho encaixado, tem que medir a distancia interna entre as placas. Deve ser 38mm, mais importante ainda que seja exatamente igual em cada ponta do trilho.

Estes dois últimos ajustes vão garantir que os trilhos estão perfeitamente paralelos às placas.

É importante garantir que os movimentos sejam perpendiculares, use um esquadro para prender um dos lados do trilho.

Depois prenda a outra placa, ela deve ficar paralela a esta.

Movimente os trilhos e prenda-os na posição em que eles se acomodam naturalmente.

O movimento tem que ficar totalmente livre, leve e solto.

O alinhamento do Eixo Y depende de paralelismo e não de esquadro!

Para medir a distancia do trilha até a lateral foi preciso um truque: o esquadro fica apoiado na base e encosta no trilho, o paquímetro mede então a distancia até a borda.

• Finalmente...

Vista dos dois Eixos X e Y. Agora só falta colocar os motores

E finalmente o conjunto todo.

Aproveitando para mostrar o alinhamento que deve ser feito também do pórtico para qua o Eixo Z fique perpendicular à Base móvel do X.

A placa do Y não é muito visível porque as proteções do acrílico já foram removidas e ficou quase transparente...

(click para ampliar)

Trilhos com os Suportes

Os trilhos são usados a 45° e em oposição uma ao outro para fornecer rigidez. Se fossem montados na Vertical ou na Horizontal o conjunto ficaria muito flexível, então os trilhos são montados sobre os blocos descritos aqui.

Por enquanto os suportes são de MDF, mas foram projetados para serem feitos em uma RepRap (a do amigo). Quando as peças já forem fabricadas com todos os detalhes a montagem ficará muito fácil, mas por enquanto tenho que preparar, furar e usar gabaritos...

Os parafusos são Autoatarrachantes 3,5x16 mm fenda cabeça chata ou panela conforme o caso. Para não danificar os suportes é necessário fazer um pré-furo de 2,5mm antes de inserir os parafusos. Os detalhes estão no desenho do Blog anterior e o pdf aqui.

Um dos suportes fica exatamente onde é o Motor de Passo do Eixo Z, então ele é mais largo para se apoiar de cada lado.

Como já estavam cortados, usei 2 suportes colados e com um reforço colado e aparafusado.

Primeiro precisa fixar o trilho externo nos Blocos menores. Recortando o desenho (imprimi em escala 1:1 em várias páginas e colei com cuidado) fica mais fácil ver as dimensões.
Cuidado para não errar! o desenho é visto por cima e o conjunto está de cabeça-para-baixo na foto, e também um conjunto é invertido do outro...
O trilho tem que ficar muito bem paralelo à base, utilizei dois blocos de apoio de 6mm para que todos fiquem iguais. Tem que marcar e furar com muito cuidado porque a cabeça do parafuso encaixa e é muito difícil fazer ajustes.

Detalho dos Parafusos: a cabeça do parafuso encaixa no furo com diâmetro grande para ficar apenas um pouco saliente, duas arruelas M4 servem de calço para evitar pressão na região central do trilho. Também está aí o parafuso que serve só de fim de curso para as bolinhas.

Ficando assim...

O fim de curso na ponta do Z fica assim. é um parafuso M3 cabeça cilíndrica com duas arruelas para alcançar a altura necessária.

E este é o parafuso que serve de fixação do trilho externo e fim de curso ao mesmo tempo. Duas arruelas levantam a cabeça o suficiente para segurar o guia intermediário, outras duas evitam a pressão no centro do trilho.

O Suporte do trilho interno é mais simples de fixar, o parafuso entra com folga e a cabeça fica para fora. Não deve ser apertado ainda, é aqui que é feito o ajuste.

Esse ajusta da altura deve ser feito dentro de uma canaleta com distancia interna de 38mm. Tanto para marcar o furo como para fazer o ajuste final.

Cada conjunto de blocos deve ser medido e conferido para que estejam todos com 38mm. Pode ser preciso reajustar.

A furação deve ser feita no final com o mesmo Gabarito, isso corrige os desalinhamentos que vão acontecendo no processo.

Foi necessário marcar a furação em mais de uma posição para garantir que os trilhos estejam bem posicionados.

Pronto, estes são os trilhos Y e Z. Só falta montar nas placas correspondentes.

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Esta montagem seria mais lógica fazendo os 3 eixos simultaneamente, mas como estou aprendendo enquanto faço, um dos eixos já está pronto. Aliás vai precisar ser refeito... mas isto será um novo capítulo

Preparação dos Trilhos

Estou começando a montagem dos Eixos Y e Z. A preparação dos trilhos é simples mas é importante e não deve mudar mais significativamente, então estou fazendo já um roteiro mais detalhado. Futuramente incluirei aqui o Eixo X.

Antes de mais nada, planejamento... Depois de muitas versões de desenhos, finalmente a solução simples.

Antes de começar, faça um impressão em escala e certifique-se de todos os detalhes.
Veja o original em pdf aqui, está em escala 1:1, formato A3.

O trilho é comum, encontrado em lojas de ferragens para marcenaria. Z=25cm Y=35cm X=45cm (gaveta=40cm), o custo é ridículo: o Z custou R$3,99 o par... (tem aqui).

• Preparação dos trilhos

Remova e guarde cuidadosamente as bolinhas da parte interna. Ao longo de todo o trabalho vai ser fácil perde-las.

Como eu matei uma peça e precisei comprar outro trilho e sobraram bolinhas para repor as que eu perdi...

A parte externa do trilho e suas bolinhas podem ser descartadas.

Na ponta do trilho interno tem uma abinha (coberta por um plástico), precisa ser removida para o trilho correr para ambos os lados.

Eu estiquei com alicate grande e cortei com tesoura de chapa, mas pode ser cortada com uma serra também.

Tem também umas abas de retenção internas no trilho intermediário (para nós é o externo).

Basta bater com a ponta de uma chave maior, mas é importante ter um bom apoio para não amassar o trilho.

• Furar, escariar e cortar

Marcar e furar, é muito importante bater com um punção na posição para que o furo esteja na posição correta.

Eu preferi usar uma broca velha afiada no esmeril do que um punção, porque oferece maior visibilidade para encontrar a posição exata.

Furos com Ø de 3, 4.5 e 5.5 mm conforme detalhado no desenho.

Nos furos de 5.5mm, veja como a cabeça parafuso tem que ficar quase rente com a chapa. Se ele ficar para fora pode colidir com o guia das bolinhas.

O parafuso é: "Autoatarrachante 3,5x16mm cabeça chata fenda".

Cortar, limar, limpar as rebarbas e tirar os cantos vivos que podem machucar...

Nada disso é novidade, hehe!

• Remontando tudo

É muito importante lavar toda a graxa, eu usei Agua Raz, trocando uma segunda vez para eliminar todos os resíduos.

Limpe também as bolinhas! tudo tem que rodar perfeitamente livre e a seco para evitar que grude pó que iria emperrar tudo.

Agora é só montar de novo os trilhos.

A maneira que eu achei mais prática é: colocar de um lado, segurar com o dedo, virar para colocar do outro e encaixar no trilho...

Esta operação é muito controversa. O Jorge recomenda não fazer, mas eu fiz mesmo assim...

Os trilhos vêm com muita folga, apertando um pouco na morsa, dá para diminuir um pouco. Mas tem que continuar folgado, senão vai travar. Experimente aos poucos, se passar abra de novo...

Ou deixe como está!

Na ponta do trilho vai um parafuso de fim de curso: M3x6mm com duas arruelas.

A cabeça fica alta o suficiente para segurar o guia das bolinhas e não deixar cair. (o outro lado é na fixação do bloco)

• Trilhos Montados

Agora é só montar os trilhos. tudo pronto!

cuidado com a direção conforme o desenho, isso é importanto para a montagem nos suportes na Mesa.

Próxima etapa: montar os trilhos nos blocos de suporte...