Maslow4（開源 CNC 路由器）
Maslow4是一款緊湊型大幅面數控銑床。它是馬斯洛 CNC 系列的最新設計（截至 2023 年）。它是原始馬斯洛的下一代和完全重新設計。
它是一種完全開源、低成本的大型數控銑床替代品，可供個人使用。它主要被設想為一種工具，允許個體製造商在他們的家中或車庫中切割像 OpenDesk 這樣的設計。它不需要過多的空間，可以在幾分鐘內完成設置，並且可以以毫米精度處理高達 8' x 4' 的大格式。
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（最大 75 度），從而大大減少了大型數控銑床的空間要求。
所有 Maslow4 設計文件、韌體和軟體均在 GNU(?) 許可證下分發。
Maslow4 由Tolocar計畫支持。
一般資訊
馬斯洛 4 是被稱為張拉整體機器人的機器人家族的一部分，這意味著它使用處於張力下的成員來移動。這使得馬斯洛 4 能夠進行精確的運動，而無需昂貴或精密的剛性組件。馬斯洛4使用四根鋼加強帶來充分約束其在切割面上的位置。
定制的五軸控制板驅動四個高功率直流伺服馬達（帶磁性編碼器的行星齒輪箱）和兩個步進馬達（用於 z 軸）。每個伺服軸都是獨立控制的，並具有即時電流回饋，讓馬斯洛「感受」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，或透過將馬斯洛連接到您的家庭網路（如果有的話）。無需網路連線。也提供藍牙和 USB C 連接。
馬斯洛 4 是完全自校準的 馬斯洛 4 自動使用其伺服馬達進行一系列運動和測量（透過拉動皮帶直到它感覺到它們被教導）並記錄結果。然後，它使用遺傳演算法來「進化」精確校準。
錨點可以是任四個剛性點。它們不需要精確地間隔或呈矩形。
背景
六年前，推出了開源數控銑床（馬斯洛）。
透過一項活動的實現，建立了多樣化的設計，並形成了世界各地的人們的社區。從這次經驗中，我們在建構馬斯洛 4 號理論時考慮了所有的經驗教訓。
馬斯洛 4 是原始機器的完全重新設計，但有所改進。
該解決方案有什麼好處？
馬斯洛4的好處是：
- 它可以透過 Wi-Fi 連接到任何數據機瀏覽器。
- 它易於組裝，無需特殊工具。
- Wi-Fi 控制器速度更快並且可以自我校準。
機械
Maslow4由4個圍繞路由器主體旋轉的「手臂」組成，固定在固定在路由器主體周圍的兩個「夾子」之間。然後將刳鉋機安裝在「雪橇」上的四個點上，其中兩個是 Z 軸步進馬達軸，另外兩個在 4 個線性滾珠軸承的幫助下在連接到雪橇的桿上滑動。
刳鉋機本體可透過兩個Z軸步進馬達上下移動。整台機器由每個臂中的馬達驅動，拉動或釋放皮帶，改變銑鉋機在切割表面上的位置。
手臂可以圍繞身體自由旋轉，以便皮帶中的張力始終以某種方式對齊它們，以便皮帶的延伸部分始終與刳鉋機的中心重合。這極大地簡化了程序的內部數學並減少了錯誤。
與最初的馬斯洛不同，馬斯洛4中的所有電子設備和組件都安裝在雪橇上。這為用戶提供了完全自由的安裝選項。 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，或僅用於鑽入地板或混凝土車道的錨。
馬斯洛4僅透過測量其皮帶長度來追蹤其位置。每個臂都配有一個編碼器板，該板使用安裝在滾筒內部的磁鐵來測量皮帶穿過的滾筒的絕對位置。
演算法
定位的一般數學
Maslow4 僅使用皮帶長度來確定其在工作區域的位置，不使用其他輸入。
理論上，知道錨點的位置後，您只需要知道兩條帶的長度即可確定位置。此位置位於兩個圓的交點，皮帶長度的半徑以錨點為中心。通常有兩個點符合該方程，但是其中一個點始終位於工作區域之外，可以忽略不計。
馬斯洛4使用4條帶來確定其位置。
校準過程
為了確定其在 XY 平面上的位置，機器需要知道距離錨點的距離，但這需要非常精確地了解錨點位置。這是此類機器面臨的挑戰之一。對於大多數設定和個人來說，確定錨點的實際座標被證明是一個巨大的挑戰。
由於這些原因，Maslow4 採用了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 個皮帶縮回到零位置，以校準皮帶的零長度位置。然後，傳送帶被延伸並固定在這些點上，馬斯洛開始在分散在工作區域中心的 10x10 點網格中移動。在每個點，機器都會縮回兩條底部皮帶，直到它們處於拉緊狀態，並使用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 組皮帶長度。
如果錨點座標正確，這些測量結果應該能夠在同一點重疊。由於我們從坐標的近似開始，因此我們使用以下“進化”演算法來找到真正的解決方案。
- 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，我們確定一組角度，其中每組的皮帶端部彼此最接近。
- 然後我們確定錨點，哪個皮帶末端與其他皮帶末端最遠。
- 我們確定需要微移錨點位置的方向，以減少這種差異。
- 我們將這一點推向上述方向。
- 返回1。
我們繼續運行這個循環，直到達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，並且不再可以通過在任何方向上輕推任何錨點來改進。這為我們提供了最接近真實解決方案的解決方案。
硬體
Maslow4 控制板是客製化設計的開源 PCB。主控制器是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。它利用自己特定的 maslow 配置文件，並使用相同的 Web 介面，基於另一個開源 ESP3D-UI 項目，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 程式碼文件，可以透過 Web 介面載入。
Web 介面允許在低端和舊機器上從任何平台和瀏覽器控制 Maslow4。
零件和組裝
Maslow4 圍繞著 DeWalt DWP611 銑床（歐洲人使用 DeWalt 26200）手持 CNC 銑床建造。它由 4 個「臂」組成，圍繞路由器主體旋轉，夾在兩個「夾子」之間，將手臂固定在一起。然後將它們連接到帶有兩個步進馬達和 2 個支撐桿的「雪橇」上。
然後，帶有臂的刳鉋機可以在兩個 Z 軸步進馬達的驅動下相對於雪橇上下滑動。
控制板固定在塑膠底座上，底座夾住 DeWalt 刳鉋機。它有一個帶有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 有一個帶有灰塵軟管連接埠的灰塵收集系統，可以連接任何吸塵器進行灰塵收集。
每個臂都由一個塑膠底座組成，底座上裝有直流馬達和一個編碼器板。帶有變速箱的直流馬達透過齒輪連接到主捲軸齒輪，皮帶盤繞在主捲軸齒輪上。皮帶從兩個滾輪之間的臂伸出，其中一個滾輪具有內置磁鐵，用於測量皮帶的延伸度。
影響
Maslow4 被設計為一款經濟實惠的大型數控銑床，對於大多數人來說足夠便宜。它的規格足以滿足大多數項目的需求，例如透過開放式設計製作定製家具和家居固定裝置。這將使家具等產品的製造更加分散和民主。更大的目標是透過促進開源 CNC 生態系統的發展，並激勵創建個人可以使用的更開放的設計，使住房更便宜。房屋和住房結構屬於這些設計，並且有可能以比市場更便宜的價格建造房屋。
畫廊
參考文獻
- https://www.maslowcnc.com/ - 馬斯洛計畫官方網站。
- https://forums.maslowcnc.com/ - 馬斯洛 CNC 官方論壇