卓上ペンプロッタを作る その５（アップグレードメニュー）

2020.11.20

はじめに

これまで4回にわたりペンプロッタ作成記を書いてきました．

卓上ペンプロッタを作る その１（材料を集める）
卓上ペンプロッタを作るための材料を紹介します．
heavymoon.org
2020.10.09
卓上ペンプロッタを作る その２（組み立てる）
ペンプロッタの組み立てについて説明していきます．
heavymoon.org
2020.10.17
卓上ペンプロッタを作る その３（動くようにする）
ArduinoにGrblを書き込んで，ステッピングモータやサーボモータを制御出来るようにする流れを説明します．
heavymoon.org
2020.10.30
卓上ペンプロッタを作る その４（何か書いてみる）
Gコードを作成して，ペンプロッタで絵を書くまでの流れを説明します．
heavymoon.org
2020.11.17

このペンプロッタでやりたいことは概ねできたので，このペンプロッタに関する記事はこれで最終回にします(たぶん)．

本記事ではこれまで作成してきたペンプロッタのアップグレードメニューと設定小話を備忘録として記載します．

マイクロステップ有効化

改めてステッピングモータの構造を思い出します．今回使用しているステッピングモータはおそらく2相2曲なのでステップ角は90度ですが，モータドライバのマイクロステップを有効にすることでより細かい角度で制御することができます．また，マイクロステップを有効化することで駆動音が静かになります．

モータ制御基礎　ステッピングモータ　（３）動作原理

CNCシールドv4は，モータドライバの下にジャンパが実装されています．マイクロステップを有効化するにはモータドライバのMS1~3の端子に駆動電圧(5V)を印加する必要がありますが，このジャンパはGNDに接続されているためフルステップから変更できません．

有効化するには次の記事で紹介されているように，CNCシールド自体に手を加える必要があります．なぜ最初からそう設計されていないのか．マイクロステップを有効化したらGRBLのパラメータも再調整が必要です．

Fix Cloned Arduino NANO CNC Shield
Fix Cloned Arduino NANO CNC Shield: Modifying Clone Keyes CNC Shield. On the web are Chinese cloned Keyes CNC Shields for the Arduino NANO. They are cheep and g...
www.instructables.com

フルステップと1/16マイクロステップの駆動音と描画精度の比較です．X軸Y軸の駆動音が明らかに小さくなっています．

描画精度も，フルステップではカクカクしていた部分が滑らかになっていることがわかります．

フルステップ
1/16マイクロステップ

ちなみに，あえて音を出して楽しむ世界もあるので，興味があればどうぞ．

ホーミング有効化

リミットスイッチを使って機械的に原点の位置決めをすることをホーミングと呼びます．ホーミングが出来るようになると手動で原点を微調整する手間が省けるので，ペンの色を替えても原点を基準に決まった位置に描画出来るようになります．

ホーミングを有効化するにはGRBLのソースコードを次のように変更する必要があります．デフォルトでは最初にZ軸のホーミングを行いますが，これをコメントアウトし，X軸Y軸のホーミングのみ行うよう書き換えます．

enable homing · HeavyMoon/grbl@386d772
An open source, embedded, high performance g-code-parser and CNC milling controller written in optimized C that will run on a straight Arduino - enable homing ·...

また今回利用したリミットスイッチとスイッチ固定には次のものを利用しています．

https://amzn.to/3f5qQCY
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卓上ペンプロッタ用リミットスイッチマウント - DMM.make クリエイターズマーケット - 1255684
卓上ペンプロッタ用リミットスイッチマウントです．↓↓ペンプロッタのフレームはこちら↓↓＜参考＞。- 1255684
make.dmm.com

サーボモータ交換

ペンプロッタ作成当初はSG92Rを利用していました．このサーボは安価で使いやすいですが，プラスチック製のギアが意外と破損します．

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TowerProのラインナップにはサイズや制御方法が同じでありながらメタルギアを使ったサーボがあります．絵を書いている最中にSG92Rのギアが割れてしまったので，MG92Bに交換しました．ペンを上下するPWM値は再調整する必要がありますが，そのまま取り替えることができます．

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サーボモータの駆動ノイズ対策

組立時の説明では触れませんでしたが，サーボモータもモータの一種であり，駆動ノイズが馬鹿にできません．CNCシールド上には5V出力のピンがありますが，モータの駆動ノイズ対策はされておらず，モータに供給する電力も十分とは言い難いです．駆動ノイズはArduinoNanoの動作を不安定にすることがあり，最悪の場合駆動ノイズでArduinoNanoが故障します．

対策として，適当なコンデンサと秋月のDCDCコンバータで5V電源を用意します．

ＬＸＤＣ５５使用ＤＣＤＣコンバータキット　（降圧　５Ｖ）: 組立キット(モジュール) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
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Z軸のモータドライバ部分から外部電源を取り出し5Vに降圧します．最終的にこんな状態です．せっかく専用基板使ってるのに．．．もう少しきれいに配線したかった．．．

USBケーブルのノイズ対策

ペンプロッタを動かしているとGRBLが停止する現象が何度が発生しました ．色々調べたところ，原因はサーボの駆動ノイズとUSBケーブル上のノイズの複合要因であると推測しました．

ノイズ対策は色々な手法が考えられますが，USBケーブルで簡単に実現可能な対策はシールドとフェイライトコアが現実的なところです．

ノイズ対策 基礎講座 | EMI除去フィルタ(EMC・ノイズ対策) | 村田製作所
村田製作所の製品情報、ノイズ対策 基礎講座をご紹介します。

今回はエレコムの製品にちょうど良さそうなものがあったので，これを使っています．電源ケーブルもフェライトコアが付いているものをおすすめします．

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UGSのドライバ変更

GRBLにUGSでGコードを送っていると，突然OFF-LINEのステータスになって停止する場合がありました．UGSの Options > UGS > Sender Options > Connection driver を JSSC に変更することで改善しました．

印刷用紙

今回作成したペンプロッタのテーブルは80mmx80mmです．なんと意図せずちょうど良い付箋が売ってました．ツイッターに上げてる動画の黄色い紙がこれです．これでしばらく印刷用紙には困りません．

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おわりに

ペンプロッタのアップグレードメニューを紹介しました．

今回作成したペンプロッタはモータドライバよりステッピングモータの方が発熱するので，モータの熱対策も講じておくと良いです．他にもアイディア次第でいろんな機能を実装出来るし，やっぱり実際に動くものを作るのは楽しいですね．

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