Tinkercad学校机器人:激光切割Sketchbot

Sketchbots可能是STEAM上最受欢迎的项目之一。它们制作简单，价格实惠，有趣，令人着迷。这就是孩子和大人都喜欢它们的原因!

欢迎来到我的“学校修补匠机器人”系列的新一集。这一次，我们将继续探索激光切割CAD的迷人世界，在素描机器人的进化中迈出下一步，并学习如何设计，准备，切割和组装一个小木制机器人，这将使用振动的力量进行运动，同时创造一个多色的抽象艺术作品。

这个素描机器人有一个额外的功能:你可以改变不平衡重量的形状来创建新的绘图模式。而且，激光燃烧的木头有一股很浓的味道:-)

那我们还在等什么?激光时间到了，伙计们!

• 1台CNC Snapmaker(激光头)
• 一台可连接Wi-Fi的笔记本电脑，可使用Tinkercad (www.tinkercad.com)，并安装以下程序:Snapmaker Luban和CH340 Driver for Windows (https://snapmaker.com/product/snapmaker-original/downloads）;及Inkscape (https://inkscape.org/release/1.1/windows/）
• 1激光护目镜
• 3块120mm × 120mm × 3.15mm的木板
• 1电机
• 1节AA电池座，可装两节电池
• 2 AA电池
• 2条拉链领带
• 1木材用PVA胶水
• 调色师3个(plumaster)
• 6根橡皮筋(最好是小的)
• 2-4个小活页夹(用于将木板固定在工作区域。
• 游标卡尺
• 1尺
• 剪刀
• 可选:切割机，小磨刀，砂纸，强力胶(氰基丙烯酸酯)

1. 下载Snapmaker和Inkscape程序到教室的电脑上，熟悉这些软件。
2. 查看Snapmaker用户手册。检查操作指导书和安全措施。
3. 在课程开始前，在Snapmaker CNC机床和软件中连接、测试和执行所有设置校准。为了节省时间并获得良好的切割效果，了解如何在每个Snapmakers上实现正确的校准尤其重要，特别是在z轴上。稍后将详细介绍这个主题。
4. 创建这个草图机器人的样本，这样你就可以在这个项目中训练自己，并向学生展示他们将设计和建造什么。
5. 准备材料。
6. 核对每块木板的尺寸。用卡尺检查厚度。本课将使用3.15mm厚度的木板，记住这个值是非常重要的。如果你的木片有不同的厚度，在设计时使用这个值，并在切割过程中考虑它。

欢迎您的学生，并解释在接下来的课程中，我们将学习如何使用Tinkercad设计一个草图机器人。然后，我们将使用Snapmaker创建它，Snapmaker是一台可以转换为激光切割机/雕刻机、CNC路由器和3D打印机的CNC机器。

Tinkercad开放。将视图更改为平面视图(正字法)，将视图立方体更改为顶视图。激活标尺工具(位于工作平面和Notes工具之间)，并将其放置在工作平面的左下角。

从基本形状库中获取一个圆柱体。这个圆柱体的长度为100mm × 100mm。现在，在接下来的课程中，有一个非常关键的维度需要考虑:木板的厚度(在这种情况下，它将成为圆柱体的高度)。向学生解释这个草图机器人将被组装成一个乐高积木，为了实现这一点，每个部件的孔必须和连接部件的厚度一样宽;准确测量厚度的最好方法是使用卡尺。气缸高度必须为3.15mm

如果你的木片有不同的厚度(例如:3.80mm)，那么每次我们使用该尺寸时使用该值而不是3.15。当卡尺关闭时，检查卡尺是否处于零位，并在不同的位置进行测量。

让我们为plumaster创造空间。用卡尺测量plumaster的直径。在这种情况下是8.78毫米，但只有在这种情况下，我们会四舍五入到9毫米。取一个9mm × 9mm的孔筒，放在大筒的下部，小筒的一半露出来。高度可以是20mm，暂时如此。

把一个孔筒放在大圆筒的中心。不需要改变尺寸。这个圆柱体不会是最终设计的一部分，但我们将使用它作为下一步的参考点。使用对齐工具，并验证这个新孔是完美的中心，并且小孔是对齐到中间。

选择两个孔瓶并将其分组。然后，复制它们。保持复制的形状被选中。

一个圆有360°，我们将使用3个plumaster。360°/ 3 = 120°。根据计算结果，将重复的孔旋转120°。保持复制的形状被选中。

移动复制的孔，直到复制的大孔与原始大孔的位置完全相同。保持复制的形状被选中。

现在，再次按CTRL+D复制。新的复制品必须出现在圆筒的另一侧，因为它已经旋转了120°，所有的大孔必须在相同的位置(大圆筒的中心)

大孔气缸已经完成了它们的功能，所以我们不再需要它们了。一个接一个地选择洞，然后取消分组，这样三个大洞就会被分开。

现在，删除三个大洞。最后，只有大的实心圆筒和三个小孔必须留在工作平面上。

选择大圆筒和三个孔;然后分组。

让我们在中心列的位置创建一个洞。拿一个孔盒，把它放在中间，给它这样的尺寸:3.15毫米(长，你的木板的厚度)x 10毫米(宽)。高度可达20mm。

使用对齐工具将孔盒精确地放置在大圆柱的中心。

现在，把它们分组。从现在起，我们将此部分命名为“底部面板”。

让我们为电池座创造空间。测量电池座的长度和宽度，在我们的底板上为它创造空间。长度为18.51mm，因此我们将其四舍五入为19mm。宽度是32.90mm，所以我们将它四舍五入为34mm。额外的十分之一毫米将是公差，所以电池座可以适应。带一个有这些尺寸的黑盒。目前，我们将保持默认高度(20mm)。

选择底部面板和黑色盒子，并通过Y轴在中间对齐它们。黑盒必须位于孔盒和孔半缸之间。

让我们为侧柱创建孔。把一个孔盒带到左边，距离底部面板的左边边界13mm。箱体尺寸为10mm(长)× 3.15mm(宽、木板厚度)。

使用对齐工具将这个新盒子通过X轴对齐到中间(右边的中间手柄)。

复制(CTRL+D)新的洞框;并把它带到底部面板的右侧，这一次，13mm远离面板的右边界。

选择两个孔和底部面板;然后分组。

让我们开始创建顶部面板。选择底部面板和黑盒子;复制它们。从现在开始，我们将把右边的副本称为“顶部面板”。

选择Top Panel(右边)的黑盒子，将黑盒子转换成一个洞。

选择底部面板(左侧)上的黑色框并删除它。

选择顶部面板(右侧)和孔框;然后分组。

让我们准备好装马达的地方。测量电动机。一个标准的业余爱好电机的测量是19.75毫米宽(我们将四舍五入到20mm)和25.04毫米长(我们将四舍五入到25mm)。将一个盒子带到底部面板，并更改这些尺寸(25mm x 20mm)。把它放在上面的部分(两个角都接触周长)。

使用对齐工具，通过Y轴将红色方框对齐到中间。

现在我们将创建洞的拉链领带，以保持电机到位。把一个洞盒带到红盒子的左边。将其尺寸更改为3mm(长)x 2mm(宽)。

复制三倍的小洞框，所以你可以在左边有两个洞框，在右边的红框有两个洞框。

拿一个洞盒，把它放在红盒子上。尺寸必须足够切割底板的一小部分，但从小孔盒分离几毫米。

删除红框。

选择所有的孔和底部面板和组他们。

进入顶部面板(右侧)，放置一个4mm x 4mm的孔筒。然后，将其与顶部面板组合。从电池座的电缆将通过这个孔，与电机连接。

是时候创建侧列了。带一个盒子，将尺寸改为50mm(长)x 20mm(宽)x 3.15mm(高、厚)。

另取一个盒子，将尺寸改为56.30mm(长)x 10mm(宽)x 3.15mm(高、厚)。

选择两个框，并使用对齐工具使它们完全居中。

把这两个盒子分组。如果你做对了，它看起来就像一个没有分割线的整体。如果您看到分隔线，请检查两个框都是3.15mm高，并且超过工作平面。

创建边列的副本。

现在我们将创建中心列。这块和其他柱子不一样因为橡皮筋会绑在这里来固定plumpluma。创建侧列的另一个副本。

现在，带来一个10mm x 10mm x 3.15mm的圆柱体(高度，木片的厚度)，并把它放在这个新的复制柱上。

复制圆柱体，并将其从复制的列中取出。不要忘记检查所有的形状都是3.15毫米高(木片的厚度)。

另取一个盒子，将尺寸改为75mm(长)x 8mm(宽)x 3.15mm(高、厚)。

使用对齐工具将两个框居中。另外，检查钢瓶是否通过Y轴与盒子对齐。每个圆柱体的位置必须是圆周的一半由较长的盒子的一端占据。

把两个红盒子和两个圆柱体组合在一起。

现在我们将创建一个不平衡的重量，使机器人振动和移动。取一个圆柱体，将尺寸改为30mm X 20mm X 3.15mm(木片的高度、厚度)。

放置1.93mm × 1.93mm的气缸孔。这是轴的直径，一个标准的业余爱好电机。

选择大圆筒和小孔;然后分组。

复制不平衡的重量。我们完成了设计!

是时候导出形状了。我们会一个一个来做。检查所有部件都接触到战机(点击每个部件并按“D”)。选择第一个形状(底部面板)，点击“导出”。

点击“包含”，选中“所选形状”选项。转到“For Lasercutting”，点击“。svg”选项。然后，将形状保存在这个项目的特殊文件夹中。对其他部分做同样的处理。

理论上，零件已经可以切割了。然而，Tinkercad形状通常有一条非常细的线，当你把它们带到Snapmaker鲁班应用程序时，它们就会看不见。为了解决这个问题，我们将使用一个名为Inkscape的工具。点击图标，打开Inkscape。

将出现一个小窗口。点击“新建文档”。

我们需要部署一个特殊的窗口来修改我们的形状。转到顶部栏菜单，点击“对象”，然后点击“填充和描边”。

让我们开始导入形状。转到“文件”，选择“导入”选项。

选择其中一个形状。在本例中，我们将选择底部面板(这里被命名为“Bottom”)。

将出现一个名为“SVG Input”的窗口。选择第一个选项“将SVG图像包含为可编辑的…”，然后直接点击“OK”。

正如预期的那样，底部面板是不可见的，你只能看到一个选择方块。所以，转到“填充和描边”区域(屏幕的右侧区域)。

切换到“描边样式”，点击“宽度”。将数值从0.004mm更改为0.250mm。现在你的形状是可见的!

单击该形状，并将其带到页面的左上角。

点击顶部栏的“编辑”，然后点击“调整页面大小以选择”。这是必要的，所以程序只导出所需的区域，而不是全部页面。完成此操作后，页面将缩小为围绕所选形状的正方形。

转到“文件”，点击“保存”。

保存文件。您可以创建一个名为“SVG Visible”的新文件夹，并将文件命名为“Bottom Ready”或其他名称;或者简单地说，覆盖原始文件，但要注意控制已经改进的文件。

让我们导入下一个文件。转到“文件”，然后点击“新建”。

按照前面的说明导入Top Panel并对其进行修改。最后，将其命名为“Top Ready”。

完成后，再次单击“File/New”，并带来其余部分(列和权重)。您可以导入几个文件，并将它们以一种适合所有这些文件的方式排列在一块木板上。选择每一块并使用方向键移动它。用尺子确认不超过木板的尺寸(120mm x 120mm;但最好留下一个安全边际)。最后，将该文件命名为“columns ready”。

现在，我们的零件是可见的，并在一个适当的分布，让我们激光切割与CNC snappmaker。打开Snapmaker鲁班应用程序。

为了课堂的安全和质量，教师必须已经熟悉Snapmaker的基本操作。如有疑问，请参阅随Snapmaker发货的操作手册。但是，让我们记住基本步骤。在Snapmaker的应用程序大厅，你会发现左侧工具栏有四个选项(工作区，3D打印，激光和CNC雕刻机)。转到“工作区”(在左侧栏的顶部，X,Y,Z坐标的符号)。

打开CNC Snapmaker并将电缆连接到其中一个USB端口。在“连接”窗口，点击刷新图标，选择CNC Snapmaker连接的COM，

将出现一个窗口，要求确认您正在使用的机器(Snapmaker Original)和附加的工具头(Laser)。然后点击“选择”。

如果连接成功，左侧工具栏的四个选项将减少到只有两个(工作区和激光)，您将处于“激光”选项的“编辑”屏幕。单击“添加”。

选择第一个SVG就绪文件(在本例中为“底部就绪”)。它可能会出现在笛卡尔平面的中心，所以把它移到右上象限。检查形状是否超过木片的尺寸(它是120mm x 120mm，但考虑110mm x 110mm，留出一些可用的空间，以便将木片固定在平台上)。此文件将作为Vector进行处理。然后，点击“进程”(右边工具栏)。

现在形状在“Process”屏幕中，在那里您将添加一个工具路径。刀具路径是控制激光的速度和强度的程序，以及激光在形状上移动的次数。点击形状来选择它。然后转到右侧工具栏，单击“创建工具路径”。

对于工具路径，使用以下配置，然后保存:

• 名称:路径1
• 填充:没有
• 慢跑速度:2000毫米/分钟
• 工作速度:120毫米/分钟
• 多路:是的
• 通过:7
• 通过深度:0
• 固定的力量:是的
• 权力(%):One hundred.

现在点击“生成g代码”;当它准备好了，点击“加载g代码到工作区”。

警告:从现在开始，我们将开始操作激光。提醒孩子们，他们必须避免眼睛或皮肤暴露在激光束和辐射中，否则他们可能会受伤或损坏眼睛。教师和学生在监督激光校准和操作时，必须始终佩戴绿色护目镜。另外，在工作时不要离开CNC无人看管。

现在我们将在CNC Snapmaker中设置工作原点。工作原点是X轴和Y轴相交于0点的地方，也是切割工作开始的地方。但首先，我们需要找到Z轴上，激光头和要切割的材料之间的完美焦距。建议老师在课前练习时找到这一点，以避免延误和课堂管理问题。此外，Z区的焦距对于在一次尝试中实现完美的切割至关重要。

在CNC的工作区域放置一块木片，并用粘合剂夹固定它。在“激光”选项(右侧工具栏)中，选择低强度(0.5)并打开激光。然后，使用Z+和Z-控件，以及“XYZ轴旅行距离”控件，找到激光束投射的最小点(0.5mm)。使用Snapmaker附带的“激光校准卡”。

提示:一旦你找到了Snapmaker的完美焦距，用尺子测量它(从切割材料到参考点，如激光头标签)，并把它写下来。在这个特定的情况下，完美的距离是63毫米。这将为你的下一个机会节省很多时间。

使用X-， X+， Y+， Y-控件和“XYZ轴旅行距离”控件，将激光带到木片的左上角。

点击“设置工作原点”。从现在开始，这将是切割工作的起点。

点击“运行边界”。激光束将做一个初步的旅行，显示切割工作的限制。如果激光烧光了木片，这可能意味着你需要移动工作原点，把木片放在一个更好的位置，或者重新检查你的设计。

如果一切准备就绪，点击“运行”图标(笛卡尔平面的顶部)。激光将开始雕刻和切割。

在完成切割这个形状(底部面板)后，导入另一个形状(顶部面板)并重复整个过程。

如果有足够的上课时间，学生还可以尝试在顶部的面板上为他们的素描机器人刻一个名字。要做到这一点，他们可以使用位于左侧工具栏附近的文本选项“T”。

使用鼠标，他们可以将标签带到面板的中间，并使用右侧工具栏上的“文本”选项修改测试、大小和字体。

请注意，现在我们将有两个对象(在本例中为“TOP READY”和“Text 1”)，并且每个对象都需要在Process区域中创建自己的工具路径。

选择顶部面板;并使用与Bottom Panel相同的参数创建Toolpath 1。

现在，选择文本，并使用以下配置创建另一个工具路径:

• 名称:工具路径2(文本)
• 填充:是的
• 填充密度:20.
• 慢跑速度:3000毫米/分钟
• 工作速度:400毫米/分钟
• 多路:是的
• 通过:1
• 通过深度:0
• 固定的力量:是的
• 权力(%):One hundred.

完成顶部和底部面板后，做同样的过程与柱和重量，所以我们完成激光切割部分。

准备好课程开始时提到的材料，并带上切好的材料。

拿上拉链，马达，还有底部的面板。

使用拉链，将电机连接到底部面板。

当电机牢固地附着在面板上时，剪断拉链的其余两端。

把重物放在电机轴上。他们必须以严密的方式进入。如果没有，在轴和木重量之间使用一点胶水。

将两侧的列插入相应的槽中。用木头胶水把它们粘在一起。

插入中间的列。

现在在柱子的顶部部分添加一些胶水;并附上顶部面板。

带一个羽毛管和两条橡皮筋。将plumaster固定在sketchbot上，将其顶部固定在中心柱子的顶部，并将plumaster的中部(靠近绘图端)固定在柱子的底部。

对另外两个plumaster做同样的操作。

将电池插入电池座。

将电池座插入顶部面板上各自的空间。

通过电线孔和连接每一个到电机的每个引脚。

取下管子上的盖子，把素描机器人放在一张纸上，这样它就可以开始画画了。

此外，你可以尝试不同的重量配置，看看它们是如何影响绘图的。

玩得开心!