Marlin中delta结构的笛卡尔空间坐标和电机轴坐标的转换详解 下载本文

Marlin固件中需要将从Gcode中获取的待打印器件的3D模型中的坐标,转换为三角洲3D打印机的三个电机轴上的坐标。

电机轴指的是三个电机对应的线轨。

电机轴坐标指的是滑块在电机轴上的位置。

笛卡尔空间坐标是指从Gcode中获取的待打印器件的3D模型中的坐标。 实现坐标转换功能的函数为calculate_delta()。

变量中的tower指的是电机轴,tower1,tower2和tower3的位置如下图所示

变量delta_tower1_x为电机轴tower1在笛卡尔坐标系中坐标x的值, 变量delta_tower1_y为电机轴tower1在笛卡尔坐标系中坐标y的值, 变量delta_tower2_x为电机轴tower2在笛卡尔坐标系中坐标x的值, 变量delta_tower2_y,delta_tower3_x,delta_tower3_y类似。

这三个电机轴转换到笛卡尔坐标系后的坐标如代码所示,原理如下图

这是三角洲3D打印机抽象的俯视图。点tower1,tower2和tower3分别为三个电机轴(因为是俯视图,所以在图中表示为一个点),这三个点构成一个等边三角形,内切圆的圆心为点z,内切圆的半径为delta_radius。

笛卡尔坐标系的原点为等边三角形内切圆的圆心,即点z;x轴穿过原点,并且与tower1和toweer2组成的线段平行;y轴经过tower3和原点;z轴经过原点并且与tower3平行。

电机轴tower1转换到笛卡尔坐标系的坐标x为点M,坐标y为点N。 电机轴tower2转换到笛卡尔坐标系的坐标x为点P,坐标y为点N。

电机轴tower3转换到笛卡尔坐标系的坐标x为0,坐标y为tower3本身。 M的坐标为(-sin60 * delta_radius, 0), N的坐标为(0, -cos60 * delta_radius), P的坐标为(sin60 * delta_radius, 0)

所以,tower1在笛卡尔空间坐标系中的x坐标delta_tower1_x= -sin60 * delta_radius,依次类推

delta_tower1_y = -cos60 * delta_radius , delta_tower2_x = sin60 * delta_radius , delta_tower2_y = -cos60 * delta_radius , delta_tower3_x = 0 ,

delta_tower3_y = delta_radius , 再来看下代码是不是这样的。

回过头来看看是怎么计算电机轴上滑块位置的。假设有下图

点A为喷头的位置,

点B为点A投影到电机轴tower2(也是平行于笛卡尔坐标系的Z轴), 点C为滑块的位置,

点D为点A投影到笛卡尔坐标系的xy平面的点,

点E为电机轴tower2与笛卡尔坐标系的xy平面相交的点。

其中BE就是打印物品笛卡尔坐标系的z值,AC为推杆长度,AB垂直于BC,根据直角三角形斜边平方等于两直角边平方之和,即

AC*AC = AB *AB + BC*BC 其中AC已知,为推杆长度,AB可以通过喷头在笛卡尔坐标系的X坐标和Y坐标算出来,所以BC也就可以算出来了。

AB = DE

XY平面如下所示

点D为前一个图点A的投影,点E为点B的投影,点A为喷头的坐标,那么点D的xy坐标也是喷头的xy坐标,是已知的。点E电机轴tower2在XY平面的点,坐标也是已知的,点K和I分别为点E在X和Y轴的投影。

那么DH = OK - OG ,即E的x坐标 - 喷头的x坐标 EH = FI = OI - OF , 即E的y坐标 - 喷头的y坐标 DE*DE = EH*EH + DH*DH

综上所述,滑块的z轴坐标 = BE + BC

=喷头的z坐标 + BC

=喷头的z坐标 + sqrt(推杆长度*推杆长度 - AB*AB)

=喷头的z坐标 + sqrt(推杆长度*推杆长度 - (EH*EH + DH*DH))

=喷头的z坐标 + sqrt(推杆长度*推杆长度 - ((tower2的y坐标 - 喷头的y坐标) * (tower2的y坐标 - 喷头的y坐标) + (tower2的x坐标 - 喷头的x坐标) * (tower2的x坐标 - 喷头的x坐标)))

对应代码为

delta[TOWER_2] = sqrt(delta_diagonal_rod_2_tower_2

- sq(delta_tower2_x - cartesian[X_AXIS]) - sq(delta_tower2_y - cartesian[Y_AXIS]) ) + cartesian[Z_AXIS]; 现在再看看函数calculate_delta()

友情提示电机轴坐标,三个电机轴平行,并且原点在限位开关处,即原点在上面。如下所示

O1,O2,O3分别为三个电机轴的原点。

所以delta[TOWER_2] 是tower2对应的滑块在笛卡尔坐标系中z轴值。