Bau eines 3D-FFF-Druckers mit Hilfe des Delta-Roboters Omron/Adept Quattro

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hier die generelle Funktionsweise beschreiben, Systementwurf zeigen!

Autoren: David Schütte, Tristan Thörner, Adam Kaczmarek, Richard Stanislawski

Einleitung

Im Rahmen des Praktikums Produktionstechnik im Bachelor-Studiengang Mechatronik wollen wir einen Picker-Roboter (Industrie-Delta-Roboters Omron Quattro s650H) zu einem 3D-Drucker umbauen. Aufgrund seiner hohen Geschwindigkeit und Präzision eignet sich dieser sehr gut für die Anwendung im 3D-Druck.

Inhalt

Der Versuch unterteilt sich in die zwei Unterpunkte Ansteuerung des Roboters und Ansteuerung des Extruders. In diesem Projekt ging es rein darum die Komponenten mittels verschiedener Computerprogramme anzusteuern und somit "zum laufen zu bringen". Der mechanische Aufbau erfolgte bereits vorher und hat mit diesem Versuch nichts zu tun.

Ansteuerung des Roboters

Inbetriebnahme des Roboters

Damit der Roboter eingeschaltet und in Betrieb genommen werden kann, müssen einige Schritte beachtet werden:

1. Schritt: Der Schlüssel am Panel des Schaltschranks muss auf die Einstellung "Computer" gedreht werden, damit der Roboter per Software gesteuert werden kann. (Bild einfügen)

2. Schritt: Den Drehschalter 90° im Uhrzeigersinn drehen, um die Stromversorgung zu aktivieren. (Bild einfügen) Dabei muss darauf geachtet werden, dass die Leistungsschutzschalter im Schaltschrank auch aktiviert wurden.

3. Schritt: Den Adept Smartcontroller CX per Ethernet-Verbindung über den RJ45 (LAN-Kabel) Anschluss zum PC verbinden. Falls der Controller über die Ethernet-Verbindung nicht erkannt wird, muss der PC neu gestartet werden.

4. Schritt: Um eine IPv4 TCP-Verbindung zwischen dem Controller und dem PC herstellen zu können, muss erstmal die Standard IP des Controllers abgelesen werden. Diese befindet sich unter dem Controller oder im Idealfall, falls dieser bereits festgeschraubt ist, auf dem Controller.

5. Schritt: Die Software Automation Control Environment (kurz ACE) starten und bei der Auswahl im Menü den Punkt "Controller verbinden" auswählen.

ACE Vorbereitung vor dem 3D - Druck

ACE-Datei: "Delta_Roboter_Adept_als_3DDrucker\03_Vorgehen nach V-Modell\05_Entwicklung\Programmierung\ACEVplusProgamm\3D-Druck.BA.awp". (Pfad: https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/Delta_Roboter_Adept_als_3DDrucker) Revision 4322

1. Schritt: Ace 3.8 starten.

2. Schritt: In Ace die Datei "3D-Druck.BA" laden. Hierbei je nach Bedarf Emulationsmodus (ab-) wählen.

3. Schritt: Im linken Verzeichnis unter "V+ Benutzermodule"-> "matlab.verb" rechtsklick auf "matlab.verb()" und auf "Task 0" ausführen.

Matlab Vorbereitung vor dem 3D - Druck

Matlab GUI: "Delta_Roboter_Adept_als_3DDrucker\03_Vorgehen nach V-Modell\05_Entwicklung\Programmierung\3D_Drucker\GUI\START_GUI.mlapp". (Pfad: https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/Delta_Roboter_Adept_als_3DDrucker) Revision 4322

1. Schritt: "START_GUI" - MatlabApp öffnen

2. Schritt: Warten bis sich die GUI öffnet. Für 3D-Druck ACE+RAMPS verbinden.

3. Schritt: Den Namen der .gcode/.txt Datei (welche sich im Verzeichnis der Matlab App befinden muss) in das Textfeld eingeben und importieren.

4. Schritt: Optional Simulation ausführen. Simulation wird nach Abschluss im Fenster rechts unten angezeigt.

5. Schritt: Druck ausführen über entsprechende Schaltfläche.

Ansteuerung des Druckers

Der Drucker wurde mittels Matlab angesteuert. Die Schnittstelle zwischen MatLab und dem Drucker ist ein Arduino Mega auf den eine Ramps Platine aufgebaut wurde. Über diese Verbindung können sämtliche Druckspezifische Informationen zwischen Computer und Roboter ausgetauscht werden. Lediglich die Steuerung der Bewegungsabläufe wird nicht über den Ardiuno und die Ramps Platine sondern über ACE und den damit verbundenen Controller gesteuert.

Funktionaler Systementwurf

Die Funktion des Projektes lässt sich anhand des folgenden Ablaufplanes erläutern. Originaldatei in SVN Zu Beginn wird der Gcode des Druckauftrags in Matlab eingelesen und nach Verfahr- und Druckfunktionsbefehle differenziert. Die Verfahrbefehle werden an ACE gesendet, von wo aus die Zielkoordinaten über einen SmartController in Maschinenbefehle umgewandelt und an den Roboter gesendet werden. Alle anderen Befehle werden an eine Arduino RAMPS Platine gesendet von wo aus die einzelnen Operationen des entsprechenden Befehls verarbeitet werden. Dies sind beispielsweise Einstellungen der Druckbetttemperatur oder die Bestimmung der Fördermenge des Fillaments.