极坐标绘图机

用费雪技术（Fischertechnik）和 Arduino 构建的极坐标绘图机。得益于 G 代码解释器，它可以绘制任何位图或矢量图形。

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Arduino IDE

Microsoft Visual Studio 2015

普通的绘图仪有两个线性轴，并通过笛卡尔坐标进行控制。与这些机器不同，“极坐标绘图机”只有一个线性轴，而用一个旋转盘代替了第二个轴。因此，我的绘图机是通过极坐标来控制的。纸上的任何一点都可以用一个角度和一个半径来描述，即该点与旋转盘中心之间的距离。

从技术层面来讲，这一特性带来了一些难题，因为几乎没有可用的数控软件能够处理极坐标。不过，我已经解决了这些难题，并开发出了自己的极坐标绘图机：

“老虎”由极坐标绘图仪绘制

转盘

绘图纸固定在旋转板上。通过旋转该板，可以调整角度 φ。旋转板由 NEMA 17 步进电机驱动，能够实现快速且精准的定位。

旋转盘的爆炸视图

线性轴

线性轴主要由费舍尔技术（Fischertechnik）零件构成。这一举措节省了 3D 打印的成本和时间。此外，费舍尔技术零件还能在其他项目中重复使用。

线性轴由 NEMA 14 步进电机驱动。与 NEMA 17 电机不同，它的扭矩较小但转速较高，这是由于丝杠处的高减速比所必需的。尽管步进电机能够实现精确定位，但仍需要一个限位开关来设置校准用的参考点。

提笔机构

该笔提升机构旨在快速上下移动笔。我倾向于使用简单的直流电机而非常导致抖动且不够稳定的伺服电机，直流电机带动一个凸轮盘转动。凸轮盘要么将笔压下，要么让复位弹簧将笔顶起。有一个限位开关来设定终点位置。

单片机

该微控制器本身就可以作为一个项目，因为它是一款即插即用控制器，集成了电机驱动器。它专注于控制费斯托技术硬件，例如直流电机和各种不同的传感器。

适用于菲仕乐技术硬件的即插即用式微控制器

如何从位图获取图形？

步骤 1：在 Inkscape 中打开位图，将其矢量化，然后导出为.dxf 文件

第 2 步：使用 CAM 处理器生成 G 代码

第 3 步：由于 G 代码由笛卡尔坐标组成，所以必须将其转换为极坐标。为此，我编写了一个 Java 小程序。

第 4 步：将极坐标 G 代码传输到绘图机。Arduino 运行一个 G 代码解释器以执行命令。它控制步进电机，从而在纸上绘制出图形。