IchigoJamで動くGrbl制御のペンプロッタを作ってみた。

1. 前書き
IchigoJamで使えるプリンタが欲しい！　というわけで、作ってみました。
昔は、小型のプリンタメカが手に入ったのですが、いまはありませんね。
というわけでメカから作ってみました。構造はペンプロッタです。
ペンプロッタの材料は、CNCや３Dプリンタと共通点が多く比較的材料が手に入りやすいです。

２．基本構成
サインペンを使って線を描くペンプロッタ構造にします。
ざっくりこんな感じです。

3．構造設計
無料CAD（DesignSpark Mechanical）で設計です。CADで造形して３Dプリンタでパーツを作ります。

4. コントローラ
Arduino Nano（ATMEGA328P搭載)にGRBLを書き込んでコントローラにします。
最新版は、GRBL1.1のようですね。　これなんですが、プログラムサイズが大きくなっていてブートローダが使えなくなっていますので、ATMEGA書き込み機が必要になります。書き込み機は色々販売されていますので、各自用意してください。

ハードリミット、ソフトリミット、ホーミングを使えるようにしています。

5．GRBL　準備
ATmega328Pの書き込み機が必要です。Arduinoの書き込み機能は最新版では使うことができません。私はUSBASPというのを使っています。Aで始まる大手通販会社でも安く買えます。これは安いし自作も可能ですが、Windows10にインストールはちょっと面倒です。機会があれば、別途書きたいと思いますが、今日のところは「お気に入りの書き込み機を用意してください。」とさせていただきます。

Arduino IDEをインストールします。最新版が良いですね。Homeはここです。英語のページが開くので、SOFTWAREメニューのDOWNLOADSを選ぶと最新版がダウンロードできるページに移動します。寄付するなり、しないなりしてダウンロードしてください。できたらインストールしておきます。設定はディフォルトでいいはずです。

GRBLはココから最新版がダウンロードできます。右上にある↓CodeボタンをクリックしてDownloadZIPを選びます。
解凍したら、中にあるGRBLフォルダをArduinoのライブラリの下にコピーまたは移動します。Win10ならこの辺りで見つかると思います。

• C:\Users\”ユーザー名”\Documents\Arduino\libraries

次にArduinoIDEを起動してファイルを開く→から先ほどのファイルにあるINOファイルを選んでください。

• C:\～～～～\Arduino\libraries\grbl\examples\grblUpload\grblUpload.ino

次にArduinoIDEのメニューのツールでボードをArduino Nano（またはUno）を選び、CPU をATmega328Pにします。書き込み機も選んでおきます。

そして、Ctrl-Rとタイプするとコンパイルが始まります。エラーとなっていなければOKです。

コンパイル結果（の最後）
最大30720バイトのフラッシュメモリのうち、スケッチが29760バイト（96%）を使っています。
最大2048バイトのRAMのうち、グローバル変数が1633バイト（79%）を使っていて、ローカル変数で415バイト使うことができます。
スケッチが使用できるメモリが少なくなっています。動作が不安定になる可能性があります。

では、Arduino Nanoをつないで（書き込み用の６ピンコネクタ経由）ArduinoIDEのメニューから「スケッチ」→「書き込み装置を使って書き込む」で書き込みます。

正常に書き込むことができたら、今度はArduinoのUSBコネクタでPCとつなぎます。これでWindowsがシリアルポートを認識するはずです。お好みのターミナルソフトでポートを開いてみてください。

• ポート設定：115200BPS 8ビットパリティなし、１ストップビット

次のようなプロンプトが出ればOKです。
-Grbl 1.1h ['$' for help]

ここまで出来たら、$$（半角ドルマークを２個とEnter）を入力してみます。次のようなリストが出るはずです。数値は違っていてかまいません。同じ設定に変える場合は、これをターミナルにコピペすると設定できます。

Grbl設定例
ok
$$
$0=10
$1=25
$2=0
$3=0
$4=0
$5=0
$6=0
$10=1
$11=0.010
$12=0.002
$13=0
$20=1
$21=1
$22=1
$23=1
$24=100.000
$25=500.000
$26=250
$27=5.000
$30=1000
$31=0
$32=0
$100=80.000
$101=80.000
$102=250.000
$110=2000.000
$111=2000.000
$112=500.000
$120=10.000
$121=10.000
$122=10.000
$130=180.000
$131=160.000
$132=200.000
ok

6.使うコマンド
当面必要になるコマンドを紹介しておきます。ＸとＹに続く０は位置座標の数字に置き換えて使います。

• $$ 設定を読み出します。

• $数字=設定　　設定の書き換えです。

• $X ロック解除　ホーミングをONにすると電源投入後これを入力しないと動きません。

• $H ホーミング　原点まで移動し、位置合わせをします。

• G0X0Y0　 高速移動（直線に動く保証はない点に注意。）

• G1X0Y0F100 指定速度で直線で移動します。

• G2　　　　　右回りで円弧移動

• G3　　　　　左回りで円弧移動

• G28.1 X0 Y0　XY点まで移動し位置を覚えます。

• G28 　　　　覚えた位置まで移動します。

• F100　　　　G1～３の移動速度を設定します。一度設定すればOK

• M3　　　スピンドル回転 回転コマンドでＲＣサーボ用ＰＷＭ信号がでます。

• M5　　　スピンドル停止

• S500 　　　スピンドル回転速度を指定。今回はRCサーボの位置設定に使います。

電源をいれたらＭ３コマンドを与えます。これでＰＷＭ信号が出るようになるので、その後次のように制御できます。上下の方向は取り付け方にもよりますので、適宜調整してください。

• S500 ペン下げ

• S900 ペン上げ

• Control-X リセット

• ？　　　　位置などの情報表示

• $#　　　　設定読出し。

7.回路図

手描きですが、CADを使うほどでもなかったので、こうなりました。これをユニバーサル基板に組みます。

8.ギャラリー

サンプルのGコードと描いた四角です。1㎝ｘ1㎝の正方形です。

サンプルGコード
M3
S500
G91
G1X10F500
Y-10
X-10
Y10
S900

9.最後に
最後までご覧いただきありがとうございました。
これで、Ｇ－Ｃｏｄｅをシリアルで書き込むと動くペンプロッタができました。表題のIchigoJamに限らずマイコンでお絵描きができますので、試したいと思います。使いやすくするには制御するマイコンのプログラムに工夫が必要になります。
またステップモータはＳＢＣと相性が良いので、他にもいろいろ使って遊べそうです。

10.追補

表題にIchigoJamとしていますが制御はArduinoを使っています。これをIchigoJamで直接動かしてみました。
予想通り、実用には少々遅いですね。ところが、現在RISK-Vを採用したIchigoJam-Rのβ版が存在します。オリジナルの１０倍高速らしいので、試したところ、使えそうですね。回路は、ArduinoをIchigoJamに置き換えただけです。
Firmwareは、出来合いがありませんので次のように自分で書く必要がありますが、機能を限定でよいので問題はありません。OUT1とOUT3がクロックでOUT2とOUT4が方向です。OUT６はモータのEnable（脱力）です。OUT5はペン上下の制御にしています。

DDAコード
100 out6,1
110 x=-5000:y=-1000:
120 gosub 31000: end


1000 'parser
31000 out 6,0
31010 out2,x>0:x=abs(x)
31020 out4,y<0:y=abs(y)
31030 if x>y then goto 31100
31040 v=y:for i = 0 to y
31060   out3,1:v=v-x:if v<=0 then out 1,1:v = v+y
31070   out 3,0:out 1,0
31080 next:out 6,1:return
31100 v=x:for i=0 to x
31110   out1,1:v=v-y:if v<=0 then out 3,1:v=v+x
31120   out 1,0:out 3,0
31130 next:out 6,1:return

LINKs
GRBLダウンロードはここです。
GーCode/M-Codeの説明はこのあたりを参考にさせていただきました。
RCサーボモータの記事はこちらを参考にさせて頂きました。