Animación esquelética, cinemática directa e inversa.
La cinemática directa e inversa son dos formas diferentes de rotar las juntas de una cadena. De estos, el más simple y que requiere menos esfuerzo computacional es cinemática directa(Forward Kinematics - FK), pero al mismo tiempo carece de muchas de las capacidades de control intuitivo que tiene. cinemática inversa(Cinemática inversa - IK), que proporciona la rotación de las articulaciones a lo largo de la cadena.
En el caso de la cinemática directa, cada articulación simplemente se gira manualmente, como se hizo en la sección anterior con el ejemplo del esqueleto. Cuando la articulación de la raíz de la cadena (por ejemplo, la articulación del hombro) gira, el movimiento de rotación se transmite a lo largo de la cadena de articulaciones. más hacia abajo y mueve todas las articulaciones del niño. En la figura. La figura 8.9 muestra la estructura del brazo creada en la sección anterior con la articulación del hombro rotada. Aunque este movimiento es relativamente fácil de crear y de calcular en maya, no es lo suficientemente preciso para las uniones que se encuentran más abajo en la cadena. Si, por ejemplo, desea tocar otro objeto con la muñeca, primero debe rotar el hombro, luego el codo y luego quizás ajustar la rotación de ambas articulaciones para que exactamente
Consigue el movimiento que necesitas. Y este método no sólo tarda más en mover la extremidad. Dado que al girar la articulación raíz de una jerarquía se mueve toda la jerarquía, en este ejemplo la articulación de la muñeca se moverá cuando se mueva. cualquier otras articulaciones ubicadas más arriba en la jerarquía, como resultado de lo cual se moverá suavemente alrededor de su eje durante la animación. Este efecto es definitivamente indeseable y gestionarlo requiere mucho tiempo y esfuerzo. Por otro lado, la cinemática recta es ideal para crear movimientos arqueados, como los brazos al nadar o las piernas al hacer una voltereta, por lo que tiene sentido mantener esta herramienta en el arsenal del equipamiento de los personajes.
Al mismo tiempo, la cinemática inversa es mucho más compleja matemáticamente, pero al mismo tiempo permite un ajuste preciso de las articulaciones de las extremidades y, cuando el resto de la jerarquía ya está establecida, ayuda a controlar el movimiento de estas articulaciones. En cinemática inversa, el movimiento de la articulación de la extremidad (que en realidad controla la posición de la articulación) marcador(mango)) conduce a la rotación de las articulaciones a lo largo de la cadena, por lo que el movimiento se extiende a lo largo de la cadena en contrarrestar(hacia atrás), o inverso(inversa), dirección.
Usos de la cinemática inversa marcadores de cinemática inversa(mango IK), o simplemente marcadores IK, Y solucionadores de cinemática inversa(solucionador IK), o simplemente Solucionadores de IK. El marcador de cinemática inversa pasa por las articulaciones a las que se extiende su influencia; dichas articulaciones se denominan; cadena controlada por cinemática inversa(cadena IK), y por la misma cadena pasa línea marcadora(mango de alambre). Vector de control(vector mango) se extiende desde la unión inicial y termina en la final en la que se ubica efector final(efector final). Al agregar el solucionador IK al ejemplo anterior, la cadena de articulaciones se puede animar simplemente moviendo la articulación de la muñeca. Esto rotará el hombro y el codo para que todo el brazo se mueva correctamente, como se muestra en la Fig. 8.10.
Arroz. 8.9. Cinemática directa: en la Fig. 8.10. Movimiento de la cadena sus- rotación de la articulación, el mayor en las articulaciones, utilizando el movimiento de la co-jerarquía, se mueve toda la cadena del horno actuador de las articulaciones del marcador de cinemática inversa
Para rotar correctamente todas las uniones (de principio a fin) de una cadena cinemática inversa de modo que la unión final esté en la ubicación del efector final, el solucionador IK accede a la posición del efector final de la cadena y realiza los cálculos necesarios. Cuando un efector final se mueve, el solucionador IK convierte sus valores de desplazamiento en valores de rotación de las juntas y las juntas se actualizan en consecuencia. Normalmente, una cadena controlada por cinemática inversa se extiende sólo a tres eslabones.
tava, pero puede tener más porros, especialmente si se usa marcador de cinemática inversa de spline(mango IK Spline), que controla las uniones subyacentes mediante una curva. Entre los solucionadores de cinemática inversa implementados en Maya, se pueden distinguir cuatro (y los tipos correspondientes de cinemática inversa): ikrP para el cálculo cinemática inversa de la rotación del plano(IK rotat e Plane), solucionador ikSC para el cálculo cinemática inversa de una cadena simple(IK cadena única), solucionador ikSpline para el cálculo spline cinemática inversa(IK Spline) y solucionador ikPrimavera para el cálculo resorte cinemática inversa(Primavera IK). Cada tipo de solucionador IK tiene su propio tipo de marcador IK.
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¿Qué es la “cinemática inversa”?
La tarea de la cinemática inversa es buscar un conjunto de configuraciones de articulaciones que garanticen el movimiento más suave, rápido y preciso hacia puntos determinados. Sin embargo, muchos de los métodos existentes actualmente adolecen de desventajas tales como una alta complejidad computacional y la falta de naturalidad de las posturas resultantes. Este artículo describe un nuevo ( probablemente en el momento de escribir este artículo: 2010.) método heurístico llamado “Método hacia adelante y hacia atrás” ( Cinemática inversa de alcance hacia adelante y hacia atrás, en adelante simplemente FABRIK),
FABRIK evita el uso de rotaciones y matrices a favor de obtener directamente un punto en una línea. Gracias a esto, solo requiere unas pocas iteraciones, tiene un bajo coste computacional y, como resultado, una pose visualmente natural. FABRIK también maneja la imposición de restricciones y el uso de múltiples circuitos y/o puntos finales sin ningún problema. Este es el método del que trata esta publicación.
Les pido que traten este extracto con comprensión, porque el original es bastante extenso, tiene mucha agua, repeticiones apropiadas e inapropiadas y desviaciones del tema, así como comparaciones con otros algoritmos. Decidí ignorarlo, por lo que contiene solo una pequeña parte del texto, que, sin embargo, refleja la esencia: aprox. traducción
1. Modelo de cuerpo artificial
Un sistema de cuerpos rígidos múltiples consta de una colección de cuerpos rígidos, llamados nodos, conectados entre sí por aristas. Todos los bordes son componentes relacionados con el movimiento: restringen el movimiento dentro de un cierto ángulo en relación con los bordes vecinos. Modelar un cuerpo virtual es importante para calcular la pose humana. Un modelo con restricciones colocadas correctamente le permitirá obtener un conjunto de poses correctas, lo que permitirá obtener movimientos más realistas. La mayoría de los modelos asumen que las partes del cuerpo son duras, aunque esto es simplemente una aproximación a la realidad.El esqueleto suele modelarse como una jerarquía de segmentos sólidos conectados por aristas, cada uno de los cuales está definido por propiedades como longitud, forma, volumen y masa. El manipulador, a la manera de una mano robótica o un personaje animado, está modelado como una cadena formada por nodos sólidos conectados entre sí mediante bordes. Cada movimiento y/o rotación de un hueso con índice i afecta a todos los elementos posteriores de la cadena. La cadena se puede formalizar de la siguiente manera: cualquier nodo sin hijos debe denominarse punto final; Para cada punto final, se puede formar una cadena retrocediendo a lo largo del esqueleto, de padre a padre, hasta encontrar el nodo raíz de la cadena (el comienzo de la cadena). Por definición, el problema IK supone que el nodo raíz es estático. Sin embargo, los métodos suelen hacer frente a mover la raíz.
Algoritmo de ciclo completo del algoritmo FABRIK (pseudocódigo, primer elemento de la matriz en el índice 1)
Datos iniciales: matriz de posiciones de nodos p[i] con i = 1...n, posición objetivo t y valores de distancia entre nodos coincidentes. d[yo] = | pag - pag[yo] | for i = 1, ... , n-1 Salida: Nuevas posiciones p[i], i = 1...n //Distancia entre la raíz y el objetivo dist = | p-t | //Comprueba si el objetivo es alcanzable si dist > d + d + ... + d ( //el objetivo es inalcanzable para i = 1, ..., n-1 do ( //Encuentra la distancia r[i] entre objetivo t y nodo p [i] r[i] = | t - p[i] | lambda[i] = d[i] / r[i] //Encontrar la nueva posición del nodo p[i] p = (1 - lambda[i]) * p[i] + lambda[i] * t ) ) else ( //El punto es alcanzable; por lo tanto b será la nueva posición del nodo p b = p //Comprueba si la distancia entre el nodo final p[n] y / es mayor /posición objetivo valor de tolerancia t (tolerancia) DIFa = | p[n] - t | while DIFa > tol do ( //Paso 1: seguimiento directo //Establecer el nodo final p [n] como objetivo (probablemente significa "poner en la posición objetivo" - traducción aproximada) p[n] = t for i=n -1 , ..., 1 do ( //Obtener la distancia r[i ] entre el nodo p[i] y la nueva posición p r[ i] = | p - p[i] | lambda[i] = d[i] / r[i] //Calcular la nueva posición del nodo p[i] ] p[i] = (1 - lambda[i]) * p + lambda[i] * p[i] ) //Etapa 2: secuencia inversa //Establece el elemento raíz p en la posición inicial p[i] = b for i=1 ,..., n - 1 do ( //Obtener la distancia r[i] entre el nodo p y la posición p[i] r[i] = | pag - pag[i] |
lambda[i] = d[i] / r[i] //Obtener una nueva posición p[i] p = (1-lambda[i]) * p[i] + lambda[i] * p ) DIFa = | p[norte] - t |
Esta parte proporciona la esencia del método FABRIK. Utiliza posiciones ya calculadas en los modos hacia adelante y hacia atrás. FABRIK logra la minimización de errores mediante un ajuste único del ángulo de cada nodo. Aquellos. Se recorre toda la cadena, comenzando desde el último nodo, ajustando el ángulo de cada nodo omitido, después de lo cual la cadena se recorre en la dirección opuesta. Este método, a diferencia de la transformación de rotación, convierte el problema de encontrar la posición de un nodo en el problema de encontrar un punto en una línea recta; por lo tanto, se puede ahorrar tiempo y reducir el número de cálculos. Supongamos que el conjunto p,…, p[n] es el conjunto de posiciones de los nodos manipuladores. Además, supongamos que pag es el nodo raíz y p[n] es el nodo final, es decir Por simplicidad, dejaremos un nodo final. El objetivo está representado por la posición. t y posición inicial de la base b. El método FABRIK se presenta en el listado anterior y una interpretación gráfica del ciclo completo en la figura de la izquierda, con un punto objetivo y cuatro nodos en la cadena. Considere el ciclo completo del algoritmo en la figura: - a- Posiciones iniciales del manipulador y objetivo.
- b- Mover el nodo final pag a la meta.
- do- Encontrar la posición pag" pag" Y pag, a distancia d desde el punto pag".
- d- Repetir para todos los nodos.
- mi- Segunda etapa del algoritmo: mover el elemento raíz de su posición pag" a su posición inicial.
- F- Repetimos para todos los nodos, pero esta vez comenzamos desde la base y avanzamos hasta el nodo final. El algoritmo se repite hasta que la posición del elemento final se acerca al objetivo a una distancia suficiente.
Más detalles:
Primero, se calculan las posiciones entre los nodos (matriz d), tras lo cual comprueba si se puede alcanzar el punto objetivo; Se calcula la distancia entre el nodo raíz y el objetivo ( dist.), y si esta distancia es menor que la suma total de distancias entre nodos, entonces el objetivo es alcanzable; de lo contrario, no. Si el objetivo es alcanzable, el ciclo completo se limita a dos etapas. En la primera etapa, el algoritmo estima la posición inicial de cada nodo, comenzando desde el elemento final. p[n] moviéndose hacia la base del manipulador pag. Entonces, dejemos que la posición objetivo sea la posición del nodo final, p"[n] = t. Obtenemos una línea recta yo, acostado sobre los puntos pag Y p"[n]. Nueva posición del nodo con índice. n-1, pag", se encuentra en esta línea a una distancia d de p"[n]. De manera similar, la nueva posición del nodo con índice n-2, pag", se puede calcular usando la línea recta yo, acostado sobre los puntos pag Y pag" a distancia d de pag". El algoritmo se repite hasta que se hayan calculado todas las posiciones nuevas para todos los nodos, incluido el último. En los casos en que el elemento raíz se mueve a la posición requerida, FABRIK funciona como se describe, con la única diferencia de que la nueva posición pag"" el nodo raíz será la posición deseada, no la posición inicial.
Después de una iteración completa, en casi todos los casos (según las observaciones), el nodo final se acercará al objetivo. El procedimiento se repetirá el número de veces requerido hasta que el nodo final caiga en la posición objetivo o se acerque a ella a una distancia aceptable. Una implementación del método FABRIK sin introducir restricciones convergerá en cualquier punto/cadena objetivo si el objetivo es alcanzable. Sin embargo, si el objetivo está más lejos que la distancia a la que se puede extender la cadena, se necesita una condición de interrupción que comparará la posición pasada y actual del nodo final, y que detendrá la ejecución del algoritmo si el desplazamiento del nodo final es menor que un cierto valor (épsilon). Además, en casos especiales, el algoritmo se interrumpe después de un cierto número de iteraciones (sin embargo, tal situación aún no se ha encontrado).
Para obtener resultados y soluciones más rápidos en varias iteraciones, es posible la optimización utilizando Álgebra Geométrica Conforme (en adelante CGA); CGA tiene una ventaja sobre formas básicas como esferas, líneas, planos y círculos, que pueden representarse fácilmente mediante objetos algebraicos. Por lo tanto, la búsqueda de la posición de un nodo ubicado entre dos nodos conocidos se puede expresar mediante la intersección de dos esferas con centros en las posiciones correspondientes a estos nodos, y un radio igual a la distancia entre las posiciones del nodo buscado y el los existentes; la nueva posición del nodo estará en el punto más cercano del círculo formado por la intersección de las dos esferas. Otra optimización sencilla consiste en dibujar directamente una línea en la dirección del objetivo cuando este último no está disponible.
3. Modelo con múltiples nodos finales.
Como en el caso de un nodo final único, el algoritmo se divide en dos etapas: - La primera etapa es exactamente la misma, solo que esta vez comienza desde cada nodo final y se mueve hacia adentro a lo largo de la cadena desde este nodo, hasta llegar a la subbase (probablemente una subbase es un nodo con varios bordes adyacentes). - aprox. De esta manera obtenemos tantas posiciones diferentes para la placa base como nodos finales conectados a ella. La posición final se puede tomar como un centroide de estas posiciones. Después de esto, la ejecución del algoritmo continúa en modo normal, pasando de la subbase a la raíz. Si las subbases tienen sus propias subbases, entonces se realizan acciones similares en relación con ellas: también se compila una lista de posibles posiciones, después de lo cual esta subbase se establece en el centroide de la lista completa de posiciones.
- En la segunda etapa, se aplica el algoritmo habitual a cada nodo, alejándose cada vez más del nodo raíz. En este caso, cada cadena debe procesarse por separado hasta el nodo final: cuantas más subbases, más repeticiones para cada una de ellas. El proceso se repite hasta que los nodos finales alcanzan su objetivo o hasta que ocurre una condición de interrupción.
4. Limitadores
Y finalmente, la parte más deliciosa de este artículo son los cálculos utilizando limitadores. Son necesarios, como habrás adivinado, para una mayor similitud con los organismos reales. El nodo en sí suele caracterizarse por tres grados de libertad. La rotación de un nodo se puede caracterizar como una "rotación simple" (2 grados de libertad), que refleja su posición final, y una rotación alrededor de su propio eje (1 grado de libertad). Por tanto, dividiendo el movimiento del nodo en dos de estas fases y aplicándoles limitadores, es posible controlar la posición del nodo. Las restricciones mismas pueden imponerse de manera similar: porque El algoritmo es iterativo; se pueden aplicar restricciones de rotación en cada iteración del algoritmo. Los limitadores, sin embargo, no afectarán la convergencia del algoritmo. La idea principal de utilizar limitadores es reposicionar y reorientar los nodos dentro de los límites.
- a- Configuraciones iniciales del manipulador y objetivo.
- b- Mover el nodo final pag hacia la meta y orientarla hacia ella.
- do- Encontrar la posición pag", situada en la línea entre las posiciones pag" Y pag, a distancia d desde el punto pag".
- d- Reorientar el nodo a su posición. pag" para que mire a lo largo del borde que conecta pag" Y pag".
- mi- Cálculo de elipse delimitadora: las posiciones permitidas están en el área sombreada. Ninguno de los picos se mueve a ninguna parte en esta etapa.
- F- Nudo pag se mueve a la posición p^, que es la posición más cercana en la elipse sombreada, asegurando así que la nueva posición p^ estará dentro de límites aceptables.
- gramo- Mover el nodo p^ por punto pag" para mantener la longitud del borde.
- h- Reenfoquemos pag" para satisfacer la restricción de orientación.
En este artículo entenderemos qué es la impresión 3D y cuál es la cinemática de las impresoras 3D.
1. Impresión 3D. ¿A qué sabe?
Existe una gran variedad de tecnologías de impresión, desde FDM (FFF), que utilizan más del 90% de los impresores de este portal, hasta SLA/DLP/LCD (con fotopolímeros) y SLS/SLM (sinterización de polvo mediante potentes láseres).
En la etapa inicial, nos interesa FDM: deposición capa por capa de una varilla fundida. La siguiente imagen muestra el extremo caliente, la parte del extrusor de la impresora 3D donde se funde la varilla.
La varilla de plástico se introduce a través de un tubo de teflón y un radiador hasta la barrera térmica y, a través de ella, hasta el bloque calefactor. Allí se derrite y sale por la boquilla. La boquilla tiene un diámetro determinado, que está marcado en ella. A menudo está hecha de latón, ya que el material es económico y fácil de procesar. La precisión de la impresión depende de la boquilla. Cuanto más pequeña es la boquilla, más hilos caben en un mm.
El calentador y el termistor forman retroalimentación para controlar y regular la temperatura. Es decir, el suministro de voltaje al calentador depende de la temperatura que muestra el termistor y el procesador la compara con la configurada. A continuación vemos el bloque calefactor. Se atornilla una boquilla por un lado y una barrera térmica por el otro.
La barrera térmica sirve para minimizar el calentamiento del plástico sobre el termobloque.
La mayoría de las veces está hecha de acero inoxidable. Su conductividad térmica es menor que la del acero ordinario sin alear. Para evitar que la varilla se derrita sobre el bloque térmico, se atornilla un radiador encima de la barrera térmica y se sopla con un enfriador. Todo es bastante sencillo.
Muy a menudo, el plástico fundido se escapa a través de las roscas. Esto significa que la boquilla no ha presionado la barrera térmica en el bloque calefactor. Por lo tanto, al desmontar y montar el hotend, primero atornillamos la barrera térmica en el bloque calefactor y luego la presionamos con la boquilla. Si al girar la boquilla queda un espacio entre el extremo de la boquilla y el bloque calefactor, entonces esto es normal, el espacio debe presionar la barrera térmica con la boquilla para alimentar la varilla en el momento adecuado. y en el lugar correcto se necesita un alimentador, es decir un alimentador de barras.
En ocasiones se realiza combinado con un hotend, y luego este tipo de extrusora (todo junto hotend + alimentador) se llama directa, es decir, la alimentación es directa, sin tubos. El mismo alimentador se fabrica por separado, y la varilla se alimenta a través. un tubo fluoroplástico. Este sistema se llama bowden. Esto se hace con el fin de aligerar la parte móvil. En cuanto a aspectos positivos y desventajas, todo diseño sin duda los tiene.
Extrusora directa:
1. Ventajas:
a) Más fiable debido al menor número de conexiones para la alimentación de plástico;
b) Es menos exigente con los materiales con los que imprime, en particular los a base de caucho, que son problemáticos para imprimir en extrusoras Bowden;
2. Desventajas:
a) Gran peso, por lo que durante la aceleración/desaceleración se pueden observar pequeñas ondulaciones en la superficie de la pieza;
b) Dimensiones. Influyen mucho en el área de construcción. Digamos que, como en la imagen de arriba, un directo con 4 colores sería muy grande. Y para Bowden esto es perfecto.
Extrusora Bowden:
1. Ventajas:
a) El motor remoto reduce el peso de las partes móviles de la impresora y su menor inercia no afecta la superficie del modelo;
b) La bobina no se contrae según el modelo, de lo contrario cuando la bobina gire en directo nos saltaremos pasos, ya que el carro arrastrará la bobina con él.
2. Desventajas:
a) Los ajustes de retracción (tirar de la varilla hacia atrás durante los movimientos inactivos para que el plástico fundido, al expandirse, no rezume de la boquilla) son más difíciles, ya que la varilla es más pequeña que el diámetro interior del tubo, tiende a estirarse;
b) Es más difícil que en la línea directa seleccionar todos los espacios para imprimir con varios plásticos flexibles. Quien diga que imprimir en Bowden es imposible con plásticos flexibles, miente descaradamente. I . Y con bastante éxito.
Pasemos ahora directamente a la mecánica y su calibración.
Parte 2. Mecánica. ¿Qué, cómo y con qué tira?
Hay un número muy limitado de esquemas cinemáticos para los que está escrito el firmware y que manejan bastante bien los movimientos.
Consideremos todo, desde los más comunes:
1. Diseño y cinemática de Joseph Pryusha (no es necesario leer Prusia, Prasha, etc., después de todo, este es el nombre de una persona).
El movimiento a lo largo de cada eje lo proporciona su propio motor independiente. El movimiento a lo largo del eje Z (arriba y abajo) se realiza mediante 2 motores y un par cinemático de tornillo y tuerca. Se utilizan a menudo pernos M5; recientemente, se utilizan cada vez más tornillos con rosca trapezoidal.
Aquí hay un tornillo de rosca trapezoidal. No les mostraré cómo se ven los pernos con roscas métricas. Lo único que les explicaré sobre cómo moverse a lo largo de pernos y trapecios es que para producir trapecios, tomen una varilla calibrada y enróllela entre rodillos que están en ángulo. El resultado son ranuras helicoidales. Este método, a priori, proporciona una mejor calidad y precisión de paso que los pernos de construcción que no son de la más alta calidad. Para conectar simultáneamente 2 motores a un eje (y a 1 conector), se utiliza el siguiente esquema. La conexión es en serie. Se sueldan 2 cables y el resto se engarzan. Puedes ignorar los colores, lo principal es que suenen los devanados. A y B son devanados y 1 y 2 son conclusiones.
Las ventajas de esta cinemática:
1) Movimiento independiente de cada eje. Es fácil determinar qué eje se salta pasos. La cinemática ha migrado a las impresoras desde las fresadoras CNC, por lo que muchos fabricantes fabrican fresadoras de escritorio con su ayuda, en lugar de una extrusora, ofrecen instalar un láser para grabar o cortar, un husillo para fresar placas de circuito, una extrusora para chocolate o incluso masa; para hornear panqueques En la foto de arriba hay una impresora ZMorph. Se puede utilizar como impresora (con uno o dos extrusores), como grabador (instalación Dremel), como láser para grabar, etc. Un pequeño vídeo de presentación. Una fresadora que utiliza esta cinemática. Observo que para el fresado es necesario utilizar un par de tornillos y tuercas para el movimiento, no correas, que no están diseñadas para tales cargas;
Impresoras para imprimir chocolate y hornear tortitas según tu boceto. Vale la pena señalar que no se recomienda utilizar chocolates como Alenka o Babaevsky, ya que ya contienen manteca de cacao y durante el procesamiento (fusión y endurecimiento) el resultado es impredecible. Es necesario utilizar chocolate gallet, como el belga Callebaut, ya que no contiene manteca de cacao y hay que añadirlo para el relleno final. Para este tipo de chocolate, cada paquete tiene una tabla de cristalización. Es recomendable tomar el aceite en forma de polvo. Para obtener información más detallada, recomiendo buscar en Google sobre cómo templar el chocolate. 2) La cinemática es tan simple como dos dedos. Es muy fácil de montar. Muchos incluso los coleccionan en unidades de DVD antiguas. 3) Se cambia fácilmente para adaptarlo a sus necesidades; el tamaño del extrusor también importa poco, ya que sobresale hacia adelante y no interfiere con el movimiento de otras piezas. Mucha gente instala una segunda extrusora, o hace que las boquillas se balanceen, para que las boquillas de una extrusora no se queden en la pieza al imprimir con la segunda boquilla. Por lo tanto, para esta cinemática, hay una gran cantidad de variaciones de extrusora, para cada una. gusto, en un sitio web muy conocido.
Desventajas de esta cinemática:
1) Calibración difícil. Sí, como la mesa “se mueve”, es difícil imprimir con alta calidad, porque la pieza + mesa, con un cambio brusco en la dirección del movimiento, tiende a moverse más por inercia. El resultado son artefactos de impresión antiestéticos. Y para una impresión de alta calidad se necesita baja velocidad. En general, todo depende del marco. Mi primera imprenta fue una pryusha china. Con marco acrílico. Y el acrílico no es muy duro. Y como sabes, la rigidez de una impresora, como una CNC, es lo más importante. Y era posible imprimir de forma más o menos eficiente a velocidades de 40-50 mm/s. Luego lo puse en un marco de acero de MZTO y luego, sin pérdida de calidad de impresión, pude imprimir a velocidades de hasta 100 mm/s.
2) Delaminación. Debido al cuerpo abierto y a la plataforma en constante movimiento, se podría decir que el aire caliente sale constantemente y, al enfriar excesivamente la pieza con corrientes de aire, aumentamos la ya grande contracción de nailon, ABS y otros plásticos caprichosos. Algunas personas cosen un abrigo de piel para una imprenta con tela, mientras que otras se contentan con las cajas. Pero el objetivo, como siempre, es el mismo: reducir el efecto de las corrientes de aire sobre la contracción de la pieza.
Puntos clave para la correcta calibración de impresoras con esta cinemática:
1) Coloque la impresora sobre una superficie plana. Preferiblemente horizontal. Para ello se necesita un nivel de burbuja. A continuación, configuramos la posición del eje X por nivel 2) Transfiéralo a la posición inicial. Esto se hace en el menú de la impresora con el comando Inicio, si está imprimiendo desde una computadora, o con el comando G28 en la línea de comando, o con botones especiales con un ícono de casa.
A continuación, apriete el tornillo de la mesa para que la boquilla toque el cristal. No presionó el cristal, sino que lo tocó. Miramos la luz y giramos. Después de esto, desplazamos el extrusor a otra esquina usando las flechas en +X, +Y desde el PC, o a través del menú, giramos el tornillo hasta que entre en contacto con la boquilla. Y repetimos la operación para los puntos restantes.
Intentaré salvarte de los errores. En la foto de la impresora de arriba, el vidrio de la mesa está asegurado con hasta 8 abrazaderas. Y es muy posible que haya una joroba en el centro. Para evitar este tipo de problemas, el cristal debe fijarse con 3 abrazaderas. Un plano se construye, como se sabe por la geometría descriptiva, a partir de 3 puntos. Y la calibración será más fácil en este caso. Simplemente apriete el tornillo sobre el interruptor final en Z. De modo que la boquilla toque el vidrio en el centro del lado en el que se encuentra 1 abrazadera. A continuación, trasladamos el hotend a la esquina donde hay otra abrazadera, apretamos el tornillo de la mesa y repetimos la operación con otra esquina.
Respecto al tambaleo.
Todo tipo de sistemas anti-bamboleo, como instalar un rodamiento en el soporte superior, no funcionan simplemente porque colocar 4 cilindros que no están perfectamente nivelados, perfectamente paralelos y en el mismo plano, es una tarea poco realista. Especialmente en el endeble marco acrílico con detalles impresos. Por lo tanto, si tomamos la rectitud de los ejes como constante, los colocamos paralelos al marco (de forma puramente hipotética) y liberamos los tornillos (en la parte inferior hay un acoplamiento para sujetar al motor) y las tuercas para sujetar el X -eje Los tornillos, debido a su curvatura, girarán como un mezclador, pero esto no afectará el sellado, de lo contrario, la estructura funcionará sobre quién tendrá mayor resistencia a la flexión. Y el resultado será un muro que estará lejos de ser uniforme. ¿Lo necesitas?
2. Diseño similar a la cinemática de las impresoras Felix.
Hay muchas impresoras de este tipo, como las fabricadas por MZTO (mz3d.ru), ya mencionada por Felix. Básicamente, la cinemática es la misma que la de Prusa. Ejes independientes entre sí. Solo que ahora la mesa no se mueve según un eje, sino según dos. A lo largo del eje Z y a lo largo del eje Y, el diseño de la mesa es algo como esto. La plataforma se desplaza sobre ejes en Z. El motor cuelga detrás. La mesa se mueve sobre los rieles mediante un cinturón. El hotend se mueve solo a lo largo de un eje. El diseño es bastante divertido, ya que la mesa pesa mucho más que el hotend y están intentando moverla en 2 ejes a la vez.
Las ventajas de esta cinemática:
1) No hay un segundo motor a lo largo del eje Z. No hay ninguna oscilación notoria simplemente porque hay 2 ejes y 1 tornillo. El tornillo tampoco debe fijarse desde arriba. Si no es un husillo de bolas.
Los husillos de bolas son un tema aparte. Si toma un husillo de bolas de alta calidad, digamos, del mismo Hiwin, entonces se fabrica con al menos una precisión de clase 7 (si está laminado y rectificado, entonces la clase es aún mayor) y debe instalarse en soportes de rodamientos. En el lado de transmisión hay 2 cojinetes de contacto angular espalda con espalda y en el otro extremo hay un cojinete radial con un ajuste holgado para compensar la expansión térmica.
El propósito de instalar un husillo de bolas es garantizar la precisión del movimiento. Si se instala incorrectamente, se desperdicia dinero y la precisión no será mayor que la de un par de tuercas con rosca trapezoidal. Para FDM, la precisión de los trapecios es más que suficiente.
2) Mucho espacio para instalar una extrusora directa. Como en las cinemáticas anteriores, hay margen para la creatividad, eligiendo el único extrusor que más te guste.
3) Marco rígido. Es posible hacer un marco normal. Resistente, duradero. Sí, incluso hierro fundido. Los chicos de Felix decidieron no molestarse y esculpir en perfiles de aluminio. MZTO fue más allá y dobló la chapa de acero. Y el estante para instalar la mesa fue fresado a partir de una lámina de aluminio.
4) Si tomamos el diseño de Félix en el perfil, reemplazando un par de piezas del perfil y un tornillo en Z, puedes aumentar el área de impresión. Solo asegúrate de agregar rigidez. De lo contrario, resultará como este milagro del pensamiento de diseño. Grande, sin sentido y despiadado.
Desventajas de la cinemática:
1) Sin duda, grandes masas espasmódicas. La mesa va y viene, y si activas el movimiento Z durante los movimientos inactivos (Z-hope), habrá una discoteca.
2) No hay forma de convertirle en una cámara de calor normal. La mesa se mueve hacia adelante y hacia atrás y el gradiente de temperatura simplemente desaparece. De ahí los problemas a la hora de imprimir con nailon o ABS. Pequeños borradores en la habitación le mostrarán fácilmente dónde pasan el invierno los cangrejos de río y cómo se encoge el material.
Calibración de mesa Para esta impresora es similar a calibrar la mesa Prusa, sólo que un poco más sencillo. Es más sencillo porque no es necesario nivelar el eje X, este se alinea automáticamente al montar el marco. Llevamos la boquilla a la mesa y giramos los pomos.
3. Cinemática de Ultimaker.
Una de las variaciones más comunes de la cinemática cartesiana.
No hay muchas impresoras de este tipo, pero existen. Vale la pena echarle un vistazo a la variación de Zortrax. La versión del mismo Raise está más cerca de los clásicos. El Zortrax tiene doble eje, la razón es simple: tienen una extrusora directa con un motor Nema 17 de tamaño completo. El Raise Dual tiene una extrusora directa doble, por lo que el clásico 6. Los ejes de mm se reemplazan por otros de 8 mm. Y el peso total de la “cabeza” es de casi 900 gramos. La cinemática está construida íntegramente sobre ejes. Actúan como guías y poleas. La cinemática también se refiere a la cinemática cartesiana con movimiento independiente a lo largo de cada eje mediante su propio motor. Muy exigente con la rectitud de los ejes. Si utilizas ejes curvos puedes conseguir artefactos muy divertidos en las paredes de las maquetas. Y estarán en las 3 coordenadas. La mayoría de las veces se ven como diferentes espesores de la primera capa y pequeñas ondas a lo largo de las paredes. Por lo tanto, toda la sal y el alto precio del Ultimaker original se encuentran solo en componentes de alta calidad. Es decir, en ejes rectos. Las correas se suelen utilizar como de anillas, lo que simplifica el sistema de tensado, ya que es importante que las 4 correas estén igualmente tensadas.
Las ventajas de esta cinemática:
1) La mesa se mueve solo a lo largo de un eje. Vertical. Y el gradiente de temperatura no se ve afectado de ninguna manera. La mesa es una mesa consola, por lo que es aconsejable prever nervaduras de refuerzo o tener esto en cuenta en el grosor de la mesa. La curvatura del metal sobre la mesa actúa como nervaduras de refuerzo. Muchos clones chinos están equipados con dichas nervaduras. para la mesa. 2) A pesar de la aparente complejidad del esquema cinemático, es sencillo y cada eje se mueve con la ayuda de su propio motor.
3) El caso está cerrado, lo que protege contra corrientes de aire y, por tanto, delaminación. Algunas personas instalan una puerta acrílica para darle un efecto adicional.
Desventajas de la cinemática:
1) Para una buena impresión no basta con comprar un paquete de rodillos lisos. Montar todos estos ejes correctamente es toda una tarea. Al mismo tiempo, compre buenos rodamientos. No la basura china que suelen vender en Ali, sino los rodamientos normales. Si los rodamientos que se colocan en la carcasa no giran bien la impresión quedará entrecortada y con capas desplazadas. Puedes pedirle a Vanya (Plastmaska) las consecuencias. Además, al comprar casquillos con estampado de leopardo, cojinetes de latón con inserciones de grafito, prepárese para el hecho de que jugarán. Y si hay juego, toda la estructura golpeará. Y además, a los chinos les gusta insertar latón en lugar de bronce. Y si el latón y el grafito se desgastan de manera uniforme, quedará una película negra aceitosa y pegajosa en los ejes, lo que dificultará el movimiento. Ilya (tigre) ofrece buenos casquillos. También habla de estas dificultades. 2) Es necesario ajustar correctamente todos los paralelos de los ejes. Sugiero usar un dispositivo de este tipo. Los 4 ejes que corren a lo largo de las paredes de la caja se alinean automáticamente correctamente, pero es importante colocar el travesaño correctamente para obtener ángulos de 90 grados en el plano XY.
3) El diseño no prevé aumentar el área de impresión utilizando un par de piezas de perfil, por lo que las dimensiones del hotend importan. Es un poco difícil enviar un mensaje directo, pero puedes hacerlo si quieres.
Calibración de mesa No podría ser más sencillo. La mesa suele tener 3 puntos de fijación. Mueve el hotend a lo largo de 3 puntos y gira los pulgares.
4. Cinemática utilizada por Makerbot.
Además, muy extendido. En concreto, impresoras de Makerbot, BQ, BCN3D, Magnum, clon de Magnum - Zenit y réplicas bastante pasables de Makerbot - Flashforge y Hori trabajan en este esquema cinemático. En este caso, tenemos un movimiento independiente de cada uno de los ejes, con una Z. mesa y todo lo que se deriva de estas fiestas.
La principal desventaja es que el motor cuelga de la viga rodante por un lado, creando una especie de desequilibrio. Este inconveniente se compensó con una versión de dos extrusores: BCN3D Sigma. Allí, cada cabezal Bowden tiene su propio motor para moverse a lo largo de la viga. Y se instalan en los bordes de la viga y se equilibran entre sí. Para mover cada borde de la viga de manera uniforme, se utilizan 2 ejes, poleas y correas. Las correas deben estar igualmente tensas.
Ventajas de la cinemática:
1) Movimiento independiente de cada eje.
2) Mesa moviéndose a lo largo de Z. El gradiente de temperatura no sufre "soplado".
3) Vivienda cerrada. Si no está cerrado, existe una posibilidad completamente normal desde el punto de vista estético de cerrarlo.
4) Es posible la escalabilidad de la cinemática. Varios BigREP y otros similares con áreas de impresión de un metro de largo utilizan precisamente esta cinemática, ya que varios H-bot/CoreXY sonarán como el infierno debido a la presencia de cinturones de 4-5 metros y su estiramiento durante la aceleración.
Desventajas de la cinemática:
1) Masas desequilibradas sobre un haz en movimiento, de ahí la velocidad máxima de impresión, con calidad aceptable no más de 60-80 mm/s. Algunos logran equilibrarlos y no se nota tanto.
2) Estructuras voluminosas en los ejes para evitar desequilibrios durante los movimientos.
3) Es necesario asegurarse de que las tensiones de las correas derecha e izquierda sean las mismas.
4. Cinemática de H-bot/CoreXY.
El siguiente más común. Asimismo, cartesiano. Dos motores están estacionarios, pero mueven el carro a lo largo de las guías usando un trozo de correa largo o dos más cortos. La matemática es más complicada que las anteriores, ya que es necesario sincronizar la rotación de ambos rotores del motor. Es decir, para moverse a lo largo de cada eje es necesario girar ambos motores y para moverse en diagonal, solo 1.
CoreXY, a diferencia del H-bot, es impulsado por dos correas. Por eso, para facilitar la comprensión, describiré los aspectos positivos y negativos de cada variación de esta cinemática.
H-bot.
Ventajas:
1) Sólo se necesita una correa y el esquema prevé su funcionamiento sin torcer.
2) Tensar una correa es más conveniente que dos, por lo que en este esquema solo necesitas un tensor normal. Incluso puedes hacer esto.
Defectos:
1) El cinturón tiende a estirarse con el tiempo y, dado que la cantidad de estiramiento depende directamente de la longitud, es necesario controlar su tensión. De lo contrario, se formarán ondas antiestéticas en la superficie antes de detenerse. Si la tensión de la correa es débil, el carro tendrá ese juego.
2) Es necesario alinear los rodillos estrictamente perpendiculares al plano XY, ya que si el rodillo está ligeramente desalineado, la correa será devorada por los hombros del rodillo. Y obtendremos algo como esto Probado en nuestra propia piel y en una impresora ZAV. Por eso, siempre recomiendo sujetar los rodillos normalmente, y no en voladizo, para evitar que el eje de los rodillos se doble debido a la tensión de la correa.
3) Matemáticas complejas, por lo que a velocidades superiores a 100 mm/s puede haber problemas de falta de recursos en placas de 8 bits.
NúcleoXY.
Ventajas:
1) Dos trozos cortos de cinturón. Son más fáciles de encontrar que uno largo.
2) Las fuerzas equilibran la viga y no tienden a girarla, por lo que esta cinemática también puede montarse sobre ejes.
Defectos:
1) Hay esquemas para torcer cinturones y moverlos de un nivel a otro; esto no es muy agradable para el cinturón. Especialmente cuando un cinturón roza con otro. Este momento está en el vídeo.
2) La dificultad para apretarse los cinturones. Deben tensarse por igual, de lo contrario las fuerzas de tensión tenderán a hacer girar el carro.
3) Complejidad de montaje y desarrollo. Es necesario mantener la verticalidad de los rodillos con respecto a la horizontalidad de la plataforma para instalar motores y rieles. Una ligera desalineación de los rodillos hará que la correa intente deslizarse sobre el rodillo, y si se apoya contra el hombro del rodillo, crujirá, si el hombro es grande, y si es pequeño, intentará Monta en él, como en la foto de la descripción del h-bot.
Un inconveniente común de la cinemática es la escasa escalabilidad. Es decir, configurar dicha cinemática para un área de impresión mayor que 300*300 es muy problemático simplemente debido a las extensiones de la correa durante la impresión. Para impresores pequeños con altas velocidades de impresión: una de las mejores cinemáticas.
5. Cinemática delta.
La cinemática se basa en los movimientos de un robot delta. En lugar de pinzas, sólo se instala un hotend. Tiene sus propios problemas de configuración, pero la impresión puede tardar mucho tiempo. Es raro instalar extrusores directos, ya que el efector (plataforma para instalar el hotend) suele estar montado sobre imanes y es necesario descargarlo lo máximo posible. Pero para reducir la longitud del tubo (y más específicamente, la influencia de la longitud del tubo en la calidad de impresión debido a la configuración correcta de retracciones (tirar de la varilla de plástico hacia atrás para reducir sus fugas por expansión)) en la calidad de impresión , la extrusora se cuelga de los mismos carros, pero en colgadores separados. Esto reduce la longitud del tubo Bowden y aumenta la calidad de impresión.
Ventajas:
1) Fácil de personalizar. Para aumentar la altura, basta con comprar 3 piezas más largas del perfil y aumentar la altura máxima en los ajustes.
2) Ocupa poco espacio. A menudo es alto en lugar de voluminoso en largo y ancho, lo que lo hace compacto.
3) Si crea un efector liviano (el carro en el que está instalado el hotend), puede lograr velocidades más altas sin perder calidad de impresión.
4) Moverse en altura no es diferente de moverse en XY. Por lo tanto, no hay rodamientos lineales pegados en los movimientos de la mesa, como ocurre con las impresoras cartesianas, ni motores adicionales montados en la viga...
5) La ausencia de partes salientes permite cerrar la carrocería y dar rigidez al bastidor.
6) La parte estética: es más interesante ceñirse al trabajo del delta.
Defectos:
1) Matemáticas complejas de movimientos, se recomienda instalar placas de 32 bits a la vez.
2) Configuración difícil. Un problema común al configurar es quitar la llamada "lente", porque cada varilla gira con un radio y, si la configuración es incorrecta, el plano impreso será una lente convexa o cóncava. 3) Es difícil y costoso hacer un marco rígido para que no se tambalee por las constantes sacudidas de los carros.
4) Dificultad para instalar un extrusor directo. Resulta pesado, y como muchos deltas están hechos con imanes, no habrá forma de acelerar. Sin embargo, existe una solución sencilla y sencilla: instalar una extrusora directa ya preparada con una caja de cambios. Como la E3D Titan Aero o la Bondtech BMG. 5) Problemas con la precisión de las piezas de fabricación: cualquier irregularidad y desalineación será visible, incluso si están en el mismo eje. Y se pliegan según los ejes. para resumir¿Quieres una impresora pequeña (no más de 300*300 mm) con cinemática rápida? Entonces deberías ir a Ultimaker o H-bot/CoreXY. ¿Necesitas una impresora con gran área de impresión o 2 extrusores independientes? Luego a Makerbot. Si imprime jarrones, narguiles y piezas bastante altas, delta. Para todo lo demás existe un clásico: Prusa. ¿Experimentar con carros dobles, chocolate, grabados? Sí, cualquier cosa. Y lo más importante: barato. Incluso puedes agregar 4 colores.
Movimiento raíz: cómo funciona
Cinemática inversa (solo para versiones Pro)
Básicamente, la animación se crea cambiando los ángulos de las articulaciones del esqueleto en cantidades predeterminadas. La posición de la conexión secundaria cambia según la rotación de la principal, por lo que el punto final de la cadena de conexión puede determinarse mediante los ángulos y las posiciones relativas de cada nodo específico de la cadena. Este método de cambiar la postura de un esqueleto se conoce como cinemática directa.
Sin embargo, a menudo resulta útil considerar el problema de posicionar las conexiones desde el otro lado, desde el lado de la posición seleccionada en el espacio. Trabajando hacia atrás, encuentre una forma válida de colocar las conexiones para que el punto final coincida con una posición previamente especificada. Esto puede ser útil cuando desea que un personaje toque un objeto en un punto especificado por el usuario o coloque sus pies correctamente en un punto. superficie irregular. Este enfoque se llama cinemática inversa (IK) y Mecanim lo admite para cualquier personaje humanoide. con un avatar correctamente configurado
Para configurar el IK de un personaje, generalmente coloca objetos en el escenario con el que interactúa el personaje y luego configura el IK usando un script, específicamente usando funciones de Animator como SetIKPositionWeight, SetIKRotationWeight, SetIKPosition, SetIKRotation, SetLookAtPosition, bodyPosition. , rotación del cuerpo
En la ilustración de arriba mostramos a un personaje levantando un objeto cilíndrico. ¿Cómo hicimos esto?
Comenzamos con un personaje que tiene un Avatar válido.
A continuación, cree un controlador de animador que contenga al menos una animación para el personaje. Luego, en el panel Capas de la ventana de Animator, haga clic en el ícono de configuración de engranaje de la Capa y marque la casilla de verificación IK Pass en el menú que aparece.
Asegúrese de que el Controlador Animator esté asignado al Componente Animator del personaje: 
A continuación, adjunte un script que realmente se ocupe del IK, llamémoslo IKControl. Este script establece el objetivo IK para la mano derecha del personaje y su posición de mirada para que mire el objeto que sostiene:
Usando UnityEngine; usando Sistema; usando System.Collections;
) //una devolución de llamada para calcular IK void OnAnimatorIK() ( if(animator) ( //si el IK está activo, establece la posición y la rotación directamente al objetivo. if(ikActive) ( // Establece la posición del objetivo de búsqueda, if se ha asignado uno if(lookObj != null) ( animator.SetLookAtWeight(1); animator.SetLookAtPosition(lookObj.position); ) // Establece la posición y rotación del objetivo a la derecha, si se ha asignado uno if(rightHandObj != nulo) ( animator.SetIKPositionWeight(AvatarIKGoal.RightHand,1); animator.SetIKRotationWeight(AvatarIKGoal.RightHand,1); animator.SetIKPosition(AvatarIKGoal.RightHand,rightHandObj.position); animator.SetIKRotation(AvatarIKGoal.RightHand,rightHandOb); j .rotation) ; ) ) //si el IK no está activo, establezca la posición y rotación de la mano y la cabeza de regreso a la posición original else ( animator.SetIKPositionWeight(AvatarIKGoal.RightHand,0); animator.SetIKRotationWeight(AvatarIKGoal.RightHand ,0) ; animador.SetLookAtWeight(0);
