终于看见科创有妹纸成员了
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3Dprinter控制技术分析探讨
本帖最后由 魂溷 于 2014-9-9 10:11 编辑
作者：黄子帆
前言
本来不想这么频繁的发帖，前几天刚发布了关于切片引擎的简单介绍，效果还不错在科创论坛搞3D打印的人比较少的，居然不到十天有1000+的浏览量是不错了。![QQ截图20140909063924.png]()
暑假干活太多，包括总结3D打印机的控制技术，对marlin固件进行研究高度概括总结了500多页的ppt。按照一个同学说的如果要讲课够讲一学期了。但是发帖很麻烦费时间，发高质量的贴更麻烦。所以只是抽时间，昨天中秋节在家闲着也是闲着就写了一篇啊。希望大家不懂的可以学会，水平高的方家可以指正错误，大家一同进步，不要搞得老是我进步了。
简介
我们做设计的追求的最高理想就是设计出能够自动设计机器的机器，能够制造出自动制造机器的机器。机床被誉为机器之母使我们向能够制造机器的机器迈出了巨大的一步，但是对于自我复制，自己制造自己，快速成型技术弥补了这个缺陷。自从3D打印技术的发明以来，进行过很多自我复制的实验做得最好的无疑是reprap。是reprap让3D打印机由几万十几万美元，变成现在的一千至几千美元。是许多DIY爱好者能够做一些强度不大的非标准件。
![QQ截图20140908182638.png]()
2005年，RepRap项目在英国巴斯大学由机械工程高级讲师Adrian Bowyer博士创建。（这可是3D打印技术历史上的大事，各位同学想想自己当时在干嘛）。
它具有一定程度的自我复制能力，能够打印出大部分其自身的（塑料）组件。（部分自己制造自己）。
第一代的reprap Darwin
![QQ截图20140908183137.png]()
Reprap制造的第一个部件，用来制造一个Reprap。
![QQ截图20140908183151.png]()
右边机器所有的塑料部件，都是被左边机器生产的。
![QQ截图20140908183204.png]()
这原型机从软件到硬件各种数据都是免费和开源的，都在自由软件协议GNU通用公共许可证GPL之下发布
现在的reprap家族
![QQ截图20140908183554.png]()
原理
打印原理 :熔融沉积式（fused deposition modeling，FDM）
![QQ截图20140908183945.png]()
3D打印机工作流程
![QQ截图20140908184046.png]()
![QQ截图20140908184208.png]()
3D打印控制器
![QQ截图20140908184400.png]()
这是RAMPS1.4很常用很简单的盾板，接口也比较多，在SLA也可以用但是要烧录α固件，做SLS也可以，X轴接X轴 Y轴接Y轴 E1 E2接活塞。
机械轴
直角坐标型：XYZ轴成互为直角样子的，XY轴通常是由同步带接步进电机来定位的，Z轴则是由丝杆控制的。
![QQ截图20140908185518.png]()
三角爪型：其数学原理是跟直角坐标型一样，用笛卡尔坐标系原理的。只是将XY轴通过三角函数来映射到三个爪的位置上。
![QQ截图20140908185547.png]()
固件
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Grbl
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Sprinter
![QQ截图20140908190018.png]()
Marlin
![QQ截图20140908190032.png]()
Repetier-Firmware
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Smoothie
![QQ截图20140908190107.png]()
软件架构
![QQ截图20140908190606.png]()
G Code 解译
将G Code转换成3D Printer的内部控制命令
EX :
G01 X10 Y15.5 F2000
![QQ截图20140908190747.png]()
M109 S180
加热到180度才执行下一行G Code
G Code Interpretation on Sprinter/Marlin
![QQ截图20140908191204.png]()
![QQ截图20140908191214.png]()
Source Code
![QQ截图20140908191421.png]()
![QQ截图20140908191315.png]()
![QQ截图20140908191329.png]()
![QQ截图20140908191339.png]()
![QQ截图20140908191350.png]()
字符串解析
G Code, M Code, other…
轨迹规划
温度设定
系统参数的设定
delta结构轨迹
![QQ截图20140908185547.png]()
![QQ截图20140908193016.png]()
梯形加减速控制
使用步进电机时，通常會以梯形加減速或是 S 型加减速
Marlin 是使用梯形加減速
![QQ截图20140908193240.png]()
![QQ截图20140909064810.png]()
路径轨迹初速度设定
![QQ截图20140909065033.png]()
步进电机控制轨迹
直线轨迹的规则
圆弧轨迹的规则
轨迹的梯形加减速规则
轨迹预览 (look ahead)
对两条轨迹连接处的规则
在Plan motion lib寻找
![QQ截图20140909070133.png]()
部分代码，详细可以到marlin固件寻找。
undefined
![QQ截图20140908193515.png]()
![QQ截图20140908193536.png]()
将planner的连续轨迹，转化成步进电机所需的离散脉波
关于直线插补圆弧插补这是marlin固件中的内容，要写在这篇贴中，就有点没有抓住主要矛盾了。
利用Timer ISR来控制脉波的宽度(频率)
用硬件的GPIO产生High & Low
温度控制
![QQ截图20140908193705.png]()
控制周期约为16mS
![QQ截图20140908193814.png]()
PID控制图像
![QQ截图20140908193835.png]()
![QQ截图20140908193855.png]()
代码
![QQ截图20140908194217.png]()
![QQ截图20140908194123.png]()
![QQ截图20140908194132.png]()
![QQ截图20140908194142.png]()
![QQ截图20140908194152.png]()
![QQ截图20140908194205.png]()
利用热敏电阻或者热电偶，获取当前温度，用PWM控制电流以达到目标温度。
实验室同学
![DSC04649.jpg]()
作者：黄子帆
前言
本来不想这么频繁的发帖，前几天刚发布了关于切片引擎的简单介绍，效果还不错在科创论坛搞3D打印的人比较少的，居然不到十天有1000+的浏览量是不错了。
暑假干活太多，包括总结3D打印机的控制技术，对marlin固件进行研究高度概括总结了500多页的ppt。按照一个同学说的如果要讲课够讲一学期了。但是发帖很麻烦费时间，发高质量的贴更麻烦。所以只是抽时间，昨天中秋节在家闲着也是闲着就写了一篇啊。希望大家不懂的可以学会，水平高的方家可以指正错误，大家一同进步，不要搞得老是我进步了。
简介
我们做设计的追求的最高理想就是设计出能够自动设计机器的机器，能够制造出自动制造机器的机器。机床被誉为机器之母使我们向能够制造机器的机器迈出了巨大的一步，但是对于自我复制，自己制造自己，快速成型技术弥补了这个缺陷。自从3D打印技术的发明以来，进行过很多自我复制的实验做得最好的无疑是reprap。是reprap让3D打印机由几万十几万美元，变成现在的一千至几千美元。是许多DIY爱好者能够做一些强度不大的非标准件。
2005年，RepRap项目在英国巴斯大学由机械工程高级讲师Adrian Bowyer博士创建。（这可是3D打印技术历史上的大事，各位同学想想自己当时在干嘛）。
它具有一定程度的自我复制能力，能够打印出大部分其自身的（塑料）组件。（部分自己制造自己）。
第一代的reprap Darwin
Reprap制造的第一个部件，用来制造一个Reprap。
右边机器所有的塑料部件，都是被左边机器生产的。
这原型机从软件到硬件各种数据都是免费和开源的，都在自由软件协议GNU通用公共许可证GPL之下发布
现在的reprap家族
原理
打印原理 :熔融沉积式（fused deposition modeling，FDM）
3D打印机工作流程
3D打印控制器
这是RAMPS1.4很常用很简单的盾板，接口也比较多，在SLA也可以用但是要烧录α固件，做SLS也可以，X轴接X轴 Y轴接Y轴 E1 E2接活塞。
机械轴
直角坐标型：XYZ轴成互为直角样子的，XY轴通常是由同步带接步进电机来定位的，Z轴则是由丝杆控制的。
三角爪型：其数学原理是跟直角坐标型一样，用笛卡尔坐标系原理的。只是将XY轴通过三角函数来映射到三个爪的位置上。
固件
Grbl
Sprinter
Marlin
Repetier-Firmware
Smoothie
软件架构
G Code 解译
将G Code转换成3D Printer的内部控制命令
EX :
G01 X10 Y15.5 F2000
M109 S180
加热到180度才执行下一行G Code
G Code Interpretation on Sprinter/Marlin
Source Code
字符串解析
G Code, M Code, other…
轨迹规划
温度设定
系统参数的设定
delta结构轨迹
梯形加减速控制
使用步进电机时，通常會以梯形加減速或是 S 型加减速
Marlin 是使用梯形加減速
路径轨迹初速度设定
步进电机控制轨迹
直线轨迹的规则
圆弧轨迹的规则
轨迹的梯形加减速规则
轨迹预览 (look ahead)
对两条轨迹连接处的规则
在Plan motion lib寻找
部分代码，详细可以到marlin固件寻找。
undefined
将planner的连续轨迹，转化成步进电机所需的离散脉波
关于直线插补圆弧插补这是marlin固件中的内容，要写在这篇贴中，就有点没有抓住主要矛盾了。
利用Timer ISR来控制脉波的宽度(频率)
用硬件的GPIO产生High & Low
温度控制
控制周期约为16mS
PID控制图像
代码
利用热敏电阻或者热电偶，获取当前温度，用PWM控制电流以达到目标温度。
实验室同学
[修改于 9年0个月前 - 2015/12/25 10:36:57]
本帖最后由 biggigi2002 于 2014-9-13 02:37 编辑
G代码解释器倒是非常简单 核心无非就是2个循环缓冲区 一个用来存储命令 一个用来存储执行脉冲 单片机解析命令脉冲后 直接写入到执行脉冲缓冲里面就可以了 做这个事情STM32比较合适 因为有DMA 51单片机比较着急读文件都要占用CPU时间 会极大的干扰执行脉冲时钟输出稳定 3 D机就解码一个G0 G1 足以 一般低速机器也没必要在加减速上做太多文章
还有个简单替代方案 就是用MACH3 控制
大型高速机就不一样了 加减速度的预测 刀路锐角修园 为了保证质量还要尽量维持运行速度均匀 算法难度大 用低速普通机的算法 速度根本提不上去或者震动非常巨大 惯性过大丢步之类的 至于万能工具MACH3这个时候也是个笑话了 由于算法问题 各种速度不均 人都会被搞死掉的
想象下 一个3公斤 1米宽的的X轴系统 运行速度达到1米秒 相当于F60000 相当于小型打印机速度的10倍-15倍 对控制系统的考验该多大
总结下 低速小型难度不大 高速大型比较着急
G代码解释器倒是非常简单 核心无非就是2个循环缓冲区 一个用来存储命令 一个用来存储执行脉冲 单片机解析命令脉冲后 直接写入到执行脉冲缓冲里面就可以了 做这个事情STM32比较合适 因为有DMA 51单片机比较着急读文件都要占用CPU时间 会极大的干扰执行脉冲时钟输出稳定 3 D机就解码一个G0 G1 足以 一般低速机器也没必要在加减速上做太多文章
还有个简单替代方案 就是用MACH3 控制
大型高速机就不一样了 加减速度的预测 刀路锐角修园 为了保证质量还要尽量维持运行速度均匀 算法难度大 用低速普通机的算法 速度根本提不上去或者震动非常巨大 惯性过大丢步之类的 至于万能工具MACH3这个时候也是个笑话了 由于算法问题 各种速度不均 人都会被搞死掉的
想象下 一个3公斤 1米宽的的X轴系统 运行速度达到1米秒 相当于F60000 相当于小型打印机速度的10倍-15倍 对控制系统的考验该多大
总结下 低速小型难度不大 高速大型比较着急
引用
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marlin固件在梯形加减速的时候怎么进行加速的，是控制的脉冲的频率吗？这个计算加速段进中断的时间是什么意思啊
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