Tolocar/Maslow4 (Open Source CNC router)/zh
Maslow4是一款緊湊型大型 CNC 路由器。這是 Maslow CNC 系列中的最新設計（截至 2023 年）。這是原始馬斯洛的下一代和完全重新設計。
它是大型 CNC 路由器的完全開源且低成本的替代品，可供個人使用。它主要被設想為一種工具，允許個人製造商在家中或車庫中切割類似 OpenDesk 的設計。它不需要過多的空間，可以在幾分鐘內完成設置，並且可以在最大 8' x 4' 的大格式上進行工作，精度達到毫米級。
這種設計的主要特點是緊湊，甚至便攜（取決於這個詞的定義）。它還可以在各種角度下工作 - 從完全水平到幾乎垂直（高達 75 度），大大減少了大型 CNC 路由器的空間要求。
所有 Maslow4 設計文件、韌體和軟體均根據 GNU(?) 許可分發。
Maslow4 得到了Tolocar計畫的支持。
一般資訊
Maslow 4 屬於張拉整體機器人家族的一部分，這意味著它利用張力下的構件來移動。這使得 Maslow 4 無需昂貴或精密的剛性零件即可做出精確的運動。 Maslow 4 採用四條鋼筋帶將其位置完全限制在切割表面上。
定制的五軸控制板驅動四個高功率直流伺服馬達（帶磁編碼器的行星齒輪箱）和兩個步進馬達（用於 z 軸）。每個伺服軸都獨立控制，並具有即時電流回饋，讓馬斯洛「感受到」每條皮帶的張力。該控制器具有 Wi-Fi、藍牙和 USB C 連接。
Maslow4 可以透過任何具有 Wi-Fi 連接的 Windows、Linux、Mac、i-OS 或 Android（無需下載應用程式或軟體）裝置進行控制，方法是直接連接到裝置建立的 Maslow Wi-Fi 網絡，或者如果有的話，將 Maslow 連接到您的家庭網路。無需網路連線。也提供藍牙和 USB C 連接。
Maslow 4 是完全自我校準的，Maslow 4 自動使用其伺服馬達進行一系列運動和測量（透過拉動其皮帶直到感覺到它們被教導）記錄結果。然後它使用遺傳演算法來「進化」精確的校準。
錨點可以是任四個剛性點。它們不需要精確間隔或呈矩形。
背景
六年前，開源 CNC 路由器（Maslow）問世。
透過開展活動，建構了多樣化的設計，並形成了世界各地的人們的社區。從那次經驗中，我們學到的所有教訓都被納入了馬斯洛 4 的建構之中。
Maslow 4 是原始機器的完全重新設計，但進行了改進。
這個解決方案有什麼好處？
馬斯洛4的好處是：
- 它可以透過 Wi-Fi 與任何數據機瀏覽器連接。
- 它易於組裝，不需要特殊工具。
- Wi-Fi 控制器速度更快，而且可以自我校準。
機械設計
Maslow4 由 4 個圍繞路由器主體旋轉的「臂」組成，固定在圍繞路由器主體固定的兩個「夾子」之間。然後將路由器安裝在「滑橇」上的四個點上，其中兩個是 Z 軸步進馬達軸，另外兩個在 4 個直線滾珠軸承的幫助下在連接到滑橇的桿上滑動。
路由器主體可以透過兩個 Z 軸步進馬達上下移動。整台機器由每個臂中的馬達移動，拉動或釋放皮帶，改變切割表面上的路由器位置。
手臂可以圍繞身體自由旋轉，這樣皮帶中的張力總是以某種方式使它們對齊，使得皮帶的延伸總是與路由器的中心重合。這大大簡化了程式的內部數學並減少了錯誤。
與原始的 Maslow 不同，Maslow4 中的所有電子設備和組件都安裝在滑橇上。這為用戶提供了完全自由的安裝選擇。 Maslow4 的框架可以是任意 4 個剛性錨點。例如，這可以是由木頭或鋁製成的框架，或只是用於鑽入地板的錨，或是混凝土車道。
Maslow4 僅透過測量皮帶長度來追蹤其位置。每個臂都安裝有一個編碼器板，該板使用安裝在滾筒內的磁鐵來測量皮帶通過的滾筒的絕對位置。
演算法
定位的一般數學
Maslow4 不使用任何其他輸入，僅使用皮帶長度來確定其在工作區域上的位置。
理論上，知道了錨點的位置，你只需要知道兩條皮帶的長度就可以確定位置。此位置位於兩個圓的交點處，皮帶長度的半徑以錨點為中心。通常有兩個點符合該方程，但其中一個點始終位於工作區域之外，可以忽略不計。
Maslow4 使用 4 條帶來確定其位置。
校準過程
為了確定它在 XY 平面上的位置，機器需要知道到錨點的距離，但這需要對錨點位置有非常精確的了解。這是此類機器面臨的挑戰之一。事實證明，確定錨點的實際座標對於大多數設定和個人來說都是一個巨大的挑戰。
基於這些原因，Maslow4 採用了一種新的校準過程來確定錨點的座標。
Maslow4 從錨點的 XY 座標的近似值開始。首先，我們將所有 4 條皮帶縮回至零位，以校準皮帶的零長度位置。然後將皮帶延伸並固定在點上，馬斯洛開始在工作區域中心散佈的 10x10 點網格中移動。在每個點上，機器都會縮回兩條底部皮帶，直到它們處於張力之下，並使用來自馬達的電流回饋來偵測張力。然後測量每個點處張緊皮帶的長度。這樣我們就得到了 100 套皮帶長度。
如果錨點座標正確，這些測量值都應該能夠在同一點重合。由於我們從坐標的近似值開始，因此我們使用以下“進化”演算法來尋找真正的解決方案。
- 首先，透過沿著皮帶相對於座標平面的角度移動每組測量值，我們確定了一組角度，其中每組的皮帶末端彼此最接近。
- 然後我們確定錨點，即哪些皮帶末端與其他皮帶末端的距離最遠。
- 我們確定需要將錨點位置推向哪個方向，以減少這種差異。
- 我們將重點推向上述方向。
- 返回 1。
我們繼續運行這個循環，直到我們得到解決方案的全局最小值 - 該解決方案中皮帶末端之間的平均距離最小，並且不能再通過在任何方向上輕推任何錨點來改進。這給了我們最接近真實的解決方案。
硬體
Maslow4控制板是客製化設計的開源PCB。主控制器為ESP32-S3晶片。它透過馬達驅動板、4 個磁編碼器、兩個 Z 軸步進馬達、內建 SD 記憶體和一個冷卻風扇控制 4 個直流馬達。
韌體
Maslow4 是開源 CNC 韌體 FluidNC（以前稱為 Grbl_Esp32）的一個分支。它利用其自己的特定 maslow 配置文件，並使用基於另一個開源 ESP3D-UI 專案的相同 Web 介面，並進行了一些細微的更改。 Web 介面允許完全控制機器。從校準、報告狀態到即時觀看正在切割的檔案。它支援標準 g-code 文件，可以透過 Web 介面載入。
Web 介面允許從任何平台和瀏覽器在低端和較舊的機器上控制 Maslow4。
零件和組裝件
Maslow4 是圍繞著 DeWalt DWP611 路由器（歐洲人稱為 DeWalt 26200）手持式 CNC 路由器建構的。它由 4 個「臂」組成，這些臂圍繞著路由器主體旋轉，夾在兩個將臂固定在一起的「夾子」之間。然後將它們連接到「雪橇」上，配有兩個步進馬達和 2 個支撐桿。
然後，帶有臂的路由器可以相對於滑架上下滑動，由兩個 Z 軸步進馬達驅動。
控制板固定在塑膠底座上，並夾在 DeWalt 路由器上。它有一個內置冷卻風扇的蓋子。路由器的空氣冷卻也用於更好地冷卻電路板。
Sled 有一個帶有集塵軟管連接埠的集塵系統，可以連接任何吸塵器來收集灰塵。
每個臂由一個塑膠底座、一個直流馬達和一個附在其上的編碼器板組成。帶有變速箱的直流馬達透過齒輪連接到主捲軸齒輪，皮帶纏繞在主捲軸齒輪上。皮帶從兩個滾輪之間的臂中出來，其中一個滾輪內置有磁鐵，用於測量皮帶的伸長。
影響
Maslow4 被設計為一款經濟實惠的大型 CNC 路由器，對大多數人來說都足夠便宜。它的規格足以滿足大多數項目的需求，例如採用開放式設計為家居製作定製家具和固定裝置。這將使家具等產品的生產更加分散和民主。更大的目標是透過促進開源 CNC 生態系統並激勵創造更多個人可以使用的開放設計，使住房更加實惠。房屋和住房結構屬於這些設計之一，並且有可能使建造房屋的價格遠低於市場價格。
畫廊
參考文獻
- https://www.maslowcnc.com/－馬斯洛計畫官方網站。
- https://forums.maslowcnc.com/ - 官方 Maslow CNC 論壇