Tolocar/Maslow4 (Open Source CNC router)/ja
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|---|---|
| 著者 | バー・スミス ローマン・グロモフ |
| 状態 | 検証済み |
| 検証済み | アジズ・ワディ |
| 年 |
Maslow4はコンパクトな大型CNCルーターです。Maslow CNCファミリーの最新設計（2023年現在）であり、オリジナルのMaslowを全面的に再設計した次世代モデルです。
これは、大型CNCルーターの完全なオープンソースかつ低コストな代替品であり、個人でも利用可能です。主に、個人製作者が自宅やガレージでOpenDeskのようなデザインを切削できるツールとして想定されています。余分なスペースを必要とせず、数分でセットアップでき、最大8フィート×4フィートの大型フォーマットをミリ単位の精度で加工できます。
この設計の主な特徴は、コンパクトで、持ち運びも可能なことです（言葉の定義によりますが）。また、完全な水平からほぼ垂直（最大75度）まで、さまざまな角度で動作できるため、大型CNCルーターに必要なスペースを大幅に削減できます。
すべての Maslow4 設計ファイル、ファームウェア、ソフトウェアは GNU(?) ライセンスの下で配布されます。
Maslow4 はTolocarプロジェクトによってサポートされています。
一般情報
Maslow 4は、テンセグリティロボットと呼ばれるロボットファミリーの一員です。テンセグリティロボットとは、張力を受けた部材を用いて移動するロボットです。これにより、Maslow 4は高価な精密部品を必要とせず、精密な動きを実現できます。Maslow 4は、4本の鋼鉄製補強ベルトによって、切断面における位置を完全に固定します。
特製の5軸制御ボードは、4つの高出力DCサーボモーター（磁気エンコーダ付き遊星ギアボックス）と2つのステッピングモーター（Z軸用）を駆動します。各サーボ軸は独立して制御され、リアルタイムの電流フィードバックにより、マズローが各ベルトの張力を「感じる」ことができます。コントローラーはWi-Fi、Bluetooth、USB-C接続に対応しています。
Maslow4は、Windows、Linux、Mac、iOS、Android（アプリやソフトウェアのダウンロードは不要）のデバイスから、デバイスが構築するMaslow Wi-Fiネットワークに直接接続するか、ご自宅のネットワーク（お持ちの場合）にMaslowを接続することで、Wi-Fi接続を介して制御できます。インターネット接続は不要です。BluetoothおよびUSB C接続もご利用いただけます。
Maslow 4は完全な自己キャリブレーション機能を備えています。Maslow 4はサーボモーターを駆使して一連の動作と測定（ベルトを引っ張ることで、ティーチングされたことを感知する）を自動的に行い、その結果を記録します。その後、遺伝的アルゴリズムを用いて、正確なキャリブレーションを「進化」させます。
アンカーポイントは任意の4つの固定点にすることができます。正確な間隔や長方形である必要はありません。
背景
6 年前にオープン ソース CNC ルーター (Maslow) が導入されました。
キャンペーンの実現を通して、多様なデザインが構築され、世界中の人々からなるコミュニティが形成されました。その経験から得られたすべての教訓が、Maslow 4の構築に活かされました。
Maslow 4 は、元のマシンを完全に再設計したものですが、改良されています。
このソリューションの利点は何ですか?
マズロー 4 の利点は次のとおりです。
- 任意のモデム ブラウザを使用して Wi-Fi 経由で接続できます。
- 組み立ては簡単で、特別な工具は必要ありません。
- Wi-Fi コントローラーははるかに高速で、自動調整されます。
機械設計
Maslow4は、ルーター本体の周囲を回転する4本の「アーム」で構成されており、これらのアームはルーター本体の周囲に固定された2本の「クランプ」の間に固定されています。ルーターは「スレッド」の4つの箇所に取り付けられており、そのうち2つはZ軸ステッピングモーターのシャフト、残りの2つは4つのリニアボールベアリングを介してスレッドに取り付けられたポール上をスライドします。
ルーター本体は2つのZ軸ステッピングモーターによって上下に動きます。機械全体は各アームに搭載されたモーターによって動かされ、ベルトを引っ張ったり解放したりすることで、切削面におけるルーターの位置を変化させます。
アームは本体の周囲を自由に回転するため、ベルトの張力は常に一定に保たれ、ベルトの延長線がルーターの中心に一致します。これにより、プログラム内部の計算が大幅に簡素化され、誤差が減少します。
オリジナルのMaslowとは異なり、Maslow4ではすべての電子機器と部品がそりに取り付けられています。これにより、ユーザーは設置オプションを自由に選択できます。Maslow4のフレームは、任意の4つの固定アンカーポイントに取り付けることができます。例えば、木材やアルミニウム製のフレーム、床にドリルで穴を開けたアンカー、コンクリート製の車道などです。
Maslow4はベルトの長さを測定することでのみ位置を追跡します。各アームにはエンコーダボードが取り付けられており、ローラー内部に取り付けられた磁石を用いて、ベルトが通過するローラーの絶対位置を測定します。
アルゴリズム
位置決めの一般的な数学
Maslow4 は、作業領域での位置を決定するために、ベルトの長さ以外の入力は使用しません。
理論的には、アンカーポイントの位置がわかれば、2本のベルトの長ささえわかれば位置を特定できます。位置は、アンカーポイントを中心とし、ベルトの長さを半径とする2つの円の交点となります。通常、この式に当てはまる点は2つありますが、そのうちの1つは必ず作業領域外にあるため、無視できます。
Maslow4 は 4 つのベルトを使用して位置を決定します。
キャリブレーションプロセス
XY平面上の位置を決定するには、機械がアンカーポイントまでの距離を把握する必要がありますが、そのためにはアンカーの位置を非常に正確に把握する必要があります。これはこの種の機械の課題の一つです。アンカーポイントの実際の座標を特定することは、多くの設備や作業者にとって大きな課題でした。
これらの理由から、Maslow4 はアンカー ポイントの座標を決定する新しいキャリブレーション プロセスを利用します。
Maslow4は、アンカーポイントのXY座標のおおよその値から作業を開始します。まず、4本のベルトすべてをゼロ位置まで引き込み、ベルトの長さゼロ位置をキャリブレーションします。次に、ベルトを伸ばしてポイントに固定し、Maslowは作業エリアの中央に散在する10×10のグリッドポイント間を移動し始めます。各ポイントで、機械はモーターからの電流フィードバックを用いて張力を検出し、下部のベルト2本を引き込み、張力がかかるまで引き込みます。次に、各ポイントで張力のかかったベルトの長さを測定します。このようにして、100セットのベルト長さが得られます。
これらの測定値は、アンカーポイントの座標が正しければ、すべて同じ点で一致するはずです。座標の近似値から始めるため、実際の解を求めるために以下の「進化的」アルゴリズムを使用します。
- まず、ベルトの角度に沿って座標平面に対して各測定値セットを移動することにより、各セットのベルトの端が互いに最も近くなる角度セットを決定します。
- 次に、どのベルト端が他のベルト端から最も離れているかを示すアンカー ポイントを決定します。
- この差を小さくするために、アンカー ポイントの位置を微調整する必要がある方向を決定します。
- 私たちはその点をその方向に動かします。
- 1に戻ります。
このサイクルを、解の大域的最小値、つまりベルト端間の平均距離が最小となり、どのアンカーポイントをどの方向に動かしてもこれ以上改善されない解に到達するまで実行し続けます。これにより、実際の解に最も近い解が得られます。
ハードウェア
Maslow4制御ボードは、カスタム設計されたオープンソースPCBです。メインコントローラはESP32-S3チップです。モータードライバボード、4つの磁気式エンコーダ、2つのZ軸ステッピングモーター、内蔵SDメモリ、そして冷却ファンを介して、4つのDCモーターを制御します。
ファームウェア
Maslow4は、オープンソースCNCファームウェアFluidNC（旧称Grbl_Esp32）のブランチです。独自のMaslow設定ファイルを使用し、別のオープンソースESP3D-UIプロジェクトをベースにしたWebインターフェースを使用していますが、若干の変更が加えられています。Webインターフェースでは、キャリブレーション、ステータスレポート、切削中のファイルのリアルタイム監視など、マシンを完全に制御できます。標準的なGコードファイルもサポートしており、Webインターフェースから読み込むことができます。
Web インターフェイスを使用すると、ローエンドや古いマシン上のあらゆるプラットフォームやブラウザーから Maslow4 を制御できます。
部品と組み立て
Maslow4は、DeWalt DWP611ルーター（ヨーロッパではDeWalt 26200）のハンドヘルドCNCルーターをベースに構築されています。ルーター本体の周囲を回転する4本の「アーム」は、2本の「クランプ」で挟まれており、アームは2つのステッピングモーターと2本の支柱を介して「スレッド」に接続されています。
アームを備えたルーターは、2 つの Z 軸ステッピング モーターによって駆動され、そりに対して上下にスライドできます。
制御基板は、DeWaltルーターにクランプで固定するプラスチック製のベースに固定されています。冷却ファンが内蔵されたカバーが付いています。ルーターの空冷システムも利用されており、基板の冷却効果を高めています。
Sled にはダスト ホース ポートを備えたダスト収集システムが備わっており、そこにあらゆる掃除機を接続してダストを収集できます。
各アームはプラスチック製のベースで構成され、DCモーターとエンコーダーボードが取り付けられています。ギアボックス付きのDCモーターは、ギアを介してメインスプールギアに接続され、その周囲にベルトが巻き取られています。ベルトは2つのローラーの間からアームから出ており、そのうちの1つには磁石が内蔵されており、ベルトの伸びを測定するために使用されます。
影響
Maslow4は、ほとんどの人にとって十分な価格の、手頃な価格の大型CNCルーターとして設計されています。その仕様は、オープンデザインからカスタムメイドの家具や家庭用備品を作るといったほとんどのプロジェクトに十分すぎるほどです。これにより、家具などの製造をより分散化され、民主的なものにすることが可能になります。より大きな目標は、オープンソースCNCのエコシステムを強化し、個人が利用できるよりオープンなデザインの創出を奨励することで、住宅をより手頃な価格にすることです。住宅や住宅構造物もその設計の一つであり、市場よりもはるかに安価な価格で住宅を建設できる可能性があります。
ギャラリー
参考文献
- https://www.maslowcnc.com/ - Maslow プロジェクトの公式 Web サイト。
- https://forums.maslowcnc.com/ - 公式Maslow CNCフォーラム
| 著者 | R-マズロー |
|---|---|
| ライセンス | CC-BY-SA-4.0 |
| 引用元 | R-maslow (2023). 「Maslow4 (オープンソースCNCルーター)」 . Appropedia . 2025年8月15日閲覧。 |