【XYペンプロッター制作⑧】必要な部品、おすすめパーツのまとめ
はじめてのXYペンプロッター制作 では、どのパーツを選べばよいのか最初はとても悩みました。そこで、これからXYペンプロッターを作ってみたい方のためにも、私が実際に自作XYペンプロッターで使った部品をまとめました。 XYペンプロッターはいろいろな形があるためあくまでも私のXYペンプロッターの場合ですが、それでも多くの部品は共通します。
XYペンプロッターでよく使われる部品、おすすめパーツの一覧
XYペンプロッターでよく使われる部品、おすすめパーツを一覧でご紹介いたします。
| 部品 | 数量 |
|---|---|
| Arduino Uno | 1個 |
| ステッピングモータ | 2個 |
| CNCシールド | 1個 |
| モータドライバA4988 | 2個 |
| ジャンパーキャップ | 6個 |
| スイッチング電源 | 1個 |
| リニアガイド | 3個 |
| タイミングベルト | 数メートル |
| タイミングプーリ | 2個 |
| アイドラー | 2個 |
| マイクロスイッチ | 2個 |
| サーボモータ | 2個 |
XYペンプロッターでよく使われる部品の詳細
ここからは、先ほど紹介したXYペンプロッターでよく使われる部品一覧を、ひとつひとつ詳しく見ていきます。
Arduino Uno
Arduino Unoが必要です。他のArduinoでも、XYペンプロッターを作ることはできますが、後に紹介するCNCシールドがArduino Unoのために作られてますので、Arduino Unoを使うのがおすすめです。
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もしもCNCシールドを使わずに、ステッピングモータやマイクロスイッチを自分で配線する場合は、お好きなArduinoをご利用になれます。Arduino選びはこちらの記事もご覧ください。
ステッピングモータ
XYペンプロッターはじめ、CNC工作機械や3Dプリンタではバイポーラ型のステッピングモータを使うのが普通です。中でも、四角形の一辺が42.3mmの規格である、NEMA17がよく使われてます。
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▼ バイポーラ型ステッピングモータのしくみはこちらをご覧ください。
▼ ユニポーラ型のステッピングモータもあります。
CNCシールド
ステッピングモータやモータドライバを配線する際、煩雑になりやすいため、このようなCNCシールドを使うのがおすすめです。こちらの商品は、Arduino UNOにピッタリ装着できるようにできてます。 もちろんCNCシールドがなくても自力で配線可能ですが、CNCシールドは1000円以下で購入可能ですので使わない手はないです。 CNCシールドにはバージョンがありまして、こちらの商品はバージョン3になります。
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▼ こちらの記事では、はじめてCNCシールドを使ってみました。とにかくステッピングモータを動かすことを目標にやってみました。
CNC機械工作用の無料ソフトが存在しますので、実際やってみると、案外簡単にステッピングモータを制御できました。
モータドライバA4988
さきほどのCNCシールドにちょうどマウントできるモータドライバです。複雑なステッピングモータの制御を簡単にしてくれるものです。
▼ モータドライバでステッピングモータを動かす原理は、こちらの記事をご覧ください。
ジャンパーキャップ
CNCシールドを使う場合、ステッピングモータの分解能を変更するために、ジャンパーキャップが必要です。分解能というのは、ステッピングモータをどのくらい細かく動かせるか決める機能です。詳しくは下記の関連記事をご覧ください。
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スイッチング電源
ステッピングモータの電圧や電流消費は大きいため、Arduinoからは電源供給できません。そのため、ステッピングモータのための外部電源が必要になります。 その際は、12Vのスイッチング電源を使うと便利です。ステッピングモータの数に合わせてワット数を決めてあげる必要がありますが、XYペンプロッターであれば、120Wもあれば十分です。
リニアガイド
タイミングベルト&タイミングプーリー＆アイドラー
タイミングベルトとは、ギア（タイミングプーリー）に噛み合わせて、直線運動にするためのゴム製ベルトです。ギアに噛み合うように、山谷のギザギザがついてます。
タイミングプーリーとは、ステッピングモータなどの駆動軸に取り付けて、タイミングベルトを動かすためのギアのような滑車です。ステッピングモータのシャフト径は5mmですので、それにあったタイミングプーリを選びます。
また、アイドラーはタイミングベルトのタワミを伸ばしたり、折返しに使うための滑車です。
▼ こちらの商品は、タイミングベルト5Mとタイミングプーリー、アイドラーがセットになってますので便利です。
| 項目 | 値 |
|---|---|
| タイミングベルトのピッチ | 2mm |
| タイミングプーリー歯数 | 20 |
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リニアガイドとタイミングベルトを使って、ステッピングモータの回転運動を直線運動へ変換します。ここからは3Dプリンタが必要になります。もちろん工夫次第で、3Dプリンタなしでもお作りになれます。
マイクロスイッチ
機械原点を決めるためのホーミング作業をする際に、マイクロスイッチが必要です。ホーミング作業を行わなくても、XYペンプロッターを作ることは可能です。
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サーボモータ
ペンを上下するためにサーボモータを使用します。ペンを動かす程度なので有名で低価格なSG90がお手頃です。
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ソフトウェア
ここでは、XYペンプロッターで使うソフトウェアをご紹介します。
GRBLライブラリ
ArduinoにはGrblというライブラリをアップロードしてCNCマシンにします。ライブラリを書き込むだけですので、プログラミングの必要ありません。 よく使われるのは「Grbl v0.9」や「Grbl v1.1」です。「Grbl v0.8」は古いのでおすすめしません。
▼「Grbl v0.9」をArduinoへ書き込む方法はこちら。
▼ XYペンプロッターを作る場合でしたら、サーボモータに対応した「grbl-servo」ライブラリを使うのがおすすめです。
GRBLコントローラー
パソコンとArduinoをつないでステッピングモータなどを動かすわけですが、Arduinoに書き込んだGrblと通信するためにはGRBLコントローラーがパソコンで必要になります。 GRBLコントローラーは無料で入手できます。私が使っているのはCNCjsというソフトウェアです。CNCjsはXYペンプロッターを操作する上で、十分な機能を備えてます。
画像をGコード変換に変換
実際にXYペンプロッターでお絵かきをさせたい場合、画像をGコードに変換する必要があります。方法は色々ありますが、私はInkscapeを使って画像をGコードへ変換してます。
▼ そのやり方を次の記事で詳しく解説しました。
▼ また、Inkscapeで書き出したGコードファイルを、サーボモータに対応させる方法は、次の記事を御覧ください。
