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Webster: Eine geometrische Musterwebmaschine

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Webster: Eine geometrische Musterwebmaschine

Webster: Eine geometrische Musterwebmaschine

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Webster: Eine geometrische Musterwebmaschine

Wir sind drei Studenten aus California College of the Arts in San Francisco in der Architektur-Programm. Dieses Studio heißt Creative Architecture Machines und wird von Jason Johnson und Michael Shiloh gelehrt. Webster ist eine geometrische Musterwebmaschine, die von islamischen Fliesen, geodätischen Kuppelkonstruktionen, Webmaschinen und konventionellen 3D-Druckern inspiriert wird. Dieser 3-Achsen-Roboter war eine Exploration in der geometrischen Steuerung von Schrittmotoren, die Texturvariabilität der Heißleim-Extrusion und Weben von Facetten durch skriptbedingte Dichteunterschiede und Formwiederholung. Um die strukturelle Kapazität der Leimtextur, die Bewegung des z-Achsenmotors und die Variabilität der Webart zu nutzen, wurde Webster durch ein additives bahnförmiges Verfahren zu Rapid Prototyping Dome verwendet.

Weitere Informationen zum Prozess- und Endprodukt finden Sie im beigefügten Video. Wenn Sie an weiteren Informationen über den Prozess interessiert sind oder Fragen zur Einrichtung haben, wenden Sie sich bitte an uns. Wir würden gerne Feedback oder Anregungen zu hören.

Https://www.youtube.com/watch?v=W21r69l28rA&feature=youtube_gdata_player

Cassondra Stevens, Colette Rixey und Megan Freeman

Schritt 1: Was Sie brauchen

ZUTATEN

Für den Körper ...

(5) 3D-Druckbänder. Sie können eine Länge des Gurtes bestellen und es zu 5 verschiedenen Teilen schneiden.
(10) Zugmittel. Stellen Sie sicher, dass sie zu den Druckerbändern passen.
(6) Aluminiumstäbe (5/32 "D) Die Höhe der Stange ist abhängig von der Höhe der gewünschten Z-Achse.
(2) .5 "D Holzdübel, gleiche Länge wie Basis.
(2) Stahlrohre. Der Durchmesser muss dem Durchmesser des Motorkopfes entsprechen. Die Länge des Stabes hängt von der Breite der Basis ab. Unsere waren 18 ".
(2) 3 "langes Aluminium-Schläuche Dieses ist Notwendigkeit, snuggly über den Stahlstab und den Motorkopf zu passen (es befestigt die zwei zusammen).
(2) Abstandhalter aus Acryl. Der Durchmesser muss über die gewählte Standardgröße passen. Wir verwendeten 6/32 "D.
(10) Linearführungen. Diese müssen perfekt über die 5/32 "D Aluminium-Ruten gleiten.
(3) Platten aus 1/4 "Sperrholz (24" x 48 ")
6/32 "Schrauben Wir kauften 3 Schachteln mit 100 Schrauben in verschiedenen Längen .75" 1 ", 1,25"
(100) Sicherungsmuttern
(16) Flügelmuttern. Damit Sie den Gurt einstellen können.
(100) Unterlegscheiben, Nylon und Metall
Set von kleinen Gummi-Klemmen, um Ihre zusätzlichen Hände.

Für den Extruder ...

(1) Niedertemp Mini-Kleber-Gewehr. Sie sollten mehrere Backups kaufen. Wir gingen durch 10.
Tooons von Heißkleber
(4) Zahnräder. Verschiedene Größen.
1 'x 1' Blatt von 1/8 "Acryl oder Holz
Schrauben 6/32 "D. Sie können die Schrauben, die für den Körper aufgelistet sind.
Mehrere Packungen Mini Glue Sticks .27 Durchmesser

Elektronik...

(3) Schrittmotoren, einer ist einkopfig und zwei sind doppelköpfig
(1) Endlosschleifen-Servomotor
(1) Quad Schild Motortreiber
(1) Kleine Computer-Fan
(3) Kühlkörper
Buchsenleisten. Zum Löten des Motortreibers
(2) 12 Volt Netzteil
Verseilter Draht
Lötkolben und Löten
(2) Arduino Unos
(1) Blindschutz
Tonnen von Reißverschluss-Krawatten

Schritt 2: Aufbau der Basis (X und Y)

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Beginnen Sie unten und bauen Sie auf.
Schneiden Sie ein 19 "x 23" Stück 1/4 "Sperrholz. Dies ist eine Basis für die Maschine zum Ausruhen.
Schneiden Sie die Struktur für das X und Y Bett aus, ein 19 "x 19" x 1/4 "D Sperrholz-Quadrat mit 13" x 13 "Loch, der aus der Mitte heraus geschnitten wird.
Sie müssen 4 Sätze Löcher an jeder Ecke heraus schneiden. Bitte beziehen Sie sich auf Laser-Datei beigefügt.
Ausschneiden Reststücke auf Laser-Datei. Zur Montage siehe Bild.
Schrauben Sie "A" Stücke in die Ecken, um Holzdübel zu sichern.
Legen Sie die Aluminiumstäbe senkrecht zu den Holzdübeln.
Stellen Sie sicher, dass Sie 2 Linearlager auf jeden Aluminiumstab schieben, bevor Sie ihn sichern.
Sandwich Aluminium Stäbe zwischen "A" und "B" Stücke. Tun Sie dies in jeder Ecke.
Fügen Sie die vertikalen "C" Stücke in 3 Ecken. Die vierte Ecke hat zwei vertikale "D" Stücke, die den X-Motor an der richtigen Stelle einschließen.
Führen Sie eine Schraube mit einem Nylon-Abstandshalter über ihm durch jedes Paar von "C" -Laschen.

Legen Sie die verbleibenden zwei Aluminiumstäbe senkrecht zu denen, die direkt darunter liegen. Achten Sie darauf, ein einzelnes Linearlager auf diese zu schieben, bevor Sie es sichern. Siehe Abbildung, um zu sehen, wie die Aluminiumstäbe aneinander befestigen.
Jetzt befestigen Sie das Bett. Die Linearlager müssen direkt gegenüberliegend und durch das Bett an Ort und Stelle gehalten werden.

Schritt 3: Gebäude Vertikal (Z)

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Schneiden Sie die vier Seiten und die Oberseite der Maschine aus 1/4 "Sperrholz heraus.
Sie können diese Platten so groß oder kurz, wie Sie wollen. Die Höhe bestimmt, wie groß Sie drucken können.
Kleben Sie 3 "A" Stücke zusammen. Lineare Lager dicht in die Löcher stecken und über Aluminiumstangen schieben.
Diese werden in Platz, wenn Gurt mit Klemme gesichert wird. Stück "C" klebt auf Stück A auf einer Seite der Kerbe, wo das Band gespannt wird.
Kleben Sie einen weiteren Satz von "A" s zusammen und schrauben Sie Riemenscheibe in Mittelkerbe. Diese werden an der Oberseite der Maschine, wo der Z-Gürtel befestigt werden. Kleben Sie jeweils an der Unterseite der Oberseite der Maschine direkt zwischen den Aluminiumstäben. Sichern Sie den doppelköpfigen Motor direkt unterhalb der Riemenscheibe.
Befestigen Sie den Riemen an der Riemenscheibe und am Motor und klemmen Sie sich in Stück "A" und "C" für den Arm.
Befestigen Sie die Stahlstange am inneren Ende des zweiköpfigen Motors an der Basis, um sich zu beiden Seiten der Maschine zu strecken.

Das Armstück, "B" muss zusammen mit den schmalen Stücke geklebt werden, die in die Löcher des Arms einkerben. Dadurch wird ein sichereres Armstück für den Extruder zur Ruhe gebracht. Der Arm, einmal geklebt, wird direkt auf die "A" Stücke der Z-Achse passen.

Schritt 4: Aufbau der Extruder (Good Luck Here)

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Zur Montage siehe Foto.
Sie können die Gänge entsprechend der Platzierung des Gluesticks verschieben. Sie müssen diese Platzierung zu füllen, da es häufig zu nah oder zu weit weg von der Gluestick ist. "B" Stücke werden verwendet, um den Klebestiftstrang an Ort und Stelle zu halten.

Der wichtigste Schritt zum Extrudieren ist die Schmierung der Silikonbeschläge auf der Klebepistole. Wir benutzten Vaseline.

Schritt 5: Zusammenbau des Klebestiftes

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Sie benötigen mehrere Packungen von Mini-Klebestifte. Mit einem X-acto Messer oder Dübelschneider (wir haben einen Dübelfräser für Präzision), schneiden Sie die Spitzen der Klebestifte in einem Winkel von 45 Grad ab und kleben Sie mit Heißkleber zusammen. Stellen Sie sicher, dass die Kanten sauber sind und genau zusammenpassen. Sie können die Stränge so lange wie Sie möchten. Wir machten sie durchschnittlich 3 Fuß.

Schritt 6: Schalung

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Wir bedruckten alles von einer Müslischale zu einer geodätischen Kuppel. Wir haben uns dafür entschieden, Schalung zu drucken, weil wir ein Netz schaffen wollten, das eine Form halten konnte, anstatt flach zu liegen. Sie brauchen nicht, eine vorhandene Schalung zu verwenden, können Sie beschließen, flach auf dem Bett drucken.

Schritt 7: Motoren und Boards einrichten

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STELLPLÄTZE:

1. Nehmen Sie Ihre Viereck-Stepper-Schild und Ihre weiblichen Header und löten sie in den Schild, in ihrem vorgegebenen Abstand.
2. Sobald dieses Brett gelötet ist, können Sie ein Breadboard Ihr Arduino Uno nehmen und anfangen, alles oben zu verdrahten.
3. Verweisen Sie den beigefügten Schaltplan, um die Arduino-Firefly-QuadStepper-Kommunikation sicherzustellen. Verwenden Sie die Verdrahtungsfarben wie folgt:
Rot (5V)
Schwarz / Braun (GND)
Blau (DIR)
Grün (STP)
4. Beim Anschließen von Motoren an die Abschirmung mit den Herstellerspezifikationen nachprüfen, um die Kabelkupplungen zu bestimmen, da sie in ihren Kupplungen verbleiben, wenn sie in die entsprechenden Kanäle des Schirms gesteckt werden.
5. Sobald Sie alles verdrahtet und dreifach überprüft haben, können Sie die Motoren testen ...

MOTOREN:

1. Gehen Sie zu "http://fireflyexperiments.com/download/" und laden Sie alles. Dann installieren Sie es richtig für Grasshopper und Arduino.
2. Während Sie auf diesen Download warten, starten Sie die Verdrahtung Ihres Boards (siehe Schaltplan beigefügt.)
2. Verbinden Sie Ihren Arduino mit Ihrem Computer (überprüfen Sie, ob der COM Port korrekt gelesen wird).
3. Laden Sie die Firefly_Quad Stepper-Skizze (diese finden Sie unter Datei> Skizzenbuch)
4. Öffnen Sie Rhino, dann geben Sie "Grasshopper" in der Befehlsleiste ein, dann finden Sie Ihre Firefly-Komponenten entlang der oberen Seite
5. So starten Sie das Testen und Kalibrieren von Motoren: Verwenden Sie die Quad Stepper-Komponente
6. Verwenden Sie die Komponente "Port Available", um zu ermitteln, welcher COM-Port von den Boards gelesen wird. Diese Zahl wird dann in ein "Panel" eingegeben und in andere Komponenten eingegeben, die unten detailliert beschrieben werden.
7. Verwenden Sie die Komponente "Open / Close Port", mit einem Boolean Toggle, um es zu steuern. Stecken Sie den Port "Port" in den Port "Port" dieser Komponente.
8. Die Quad Stepper Component benötigt folgendes: ein Boolean Toggle für die Eingänge "Start" (Enable Motor) und "Reset" (Reset Origin) und einen numerischen Schieberegler von 0 bis 4000 an den Eingängen "Speed" und "Acceleration" .
9. Bei den Eingängen M1, M2, M3, M4 entsprechen diese direkt den "Kanal" -Zahlen auf der Quad Stepper-Abschirmung. (Beispiel: Kanal 1 könnte der Motor sein, der sich in X-Richtung bewegt. Führen Sie einen Schieberegler in M1 ein, und beschriften Sie ihn "X-Achse") Tun Sie dies für alle 3 Motoren, die Sie benötigen. Jeder Schieberegler sollte als Ausgangspunkt 0 bis 3200 sein.
10. Stecken Sie den Port # vom Panel in den Port "Port"
11. Aus der Quad Stepper-Komponente wird der Ausgang "Out" in den "Data" -Eingang der Komponente "Serial Write" gesteckt. Ein Boolescher Toggle wird in den Eingang "Start" für diese Komponente gesteckt, und das Port # Panel von früher, geht auch in den "Port".
12. Um diesen Vorgang zu starten, müssen Sie in der folgenden Reihenfolge auf den Boolean Toggles doppelklicken: "Port öffnen, Serial Port schreiben, Motor freigeben, Ursprung zurücksetzen (Doppelt, zweimal, also von False auf True Zu False ... das setzt seine "Heimat" manuell zurück.) Jetzt können Sie Ihre Schieberegler bewegen, um jeden Motorlauf zu beobachten.

EICH: auf dem Brett, und in Grashüpfer

1. Zuerst müssen Sie Ihre Motoren reibungslos laufen lassen (und leise!)
2. Wenn sie singen, oder wenn sie sich bei unregelmäßigen und unregelmäßigen Geschwindigkeiten bewegen, müssen sie kalibriert werden. Ihr Schild ist mit einem kleinen Potentiometer für jeden Kanal ausgestattet, da jeder Motor etwas anders ist.
3. Um diese Potentiometer zu verwenden, müssen Sie einen winzigen (der kleinste finden Sie) Flachkopfschraubendreher und Sie müssen es tun, wenn die Karte kalt und frisch (oder die Potentiometer zerbröckeln auseinander, wodurch Ihre teure Schild wertlos).
4. Senkrecht in das Potentiometer stellen. Drücken Sie nach unten, und beginnen Verdrehen etwas, während Motor läuft. Sie können sie summen und singen hören und wenn es nicht mehr viel Lärm macht, sondern sich konsequent bewegt und sanft, ist dies der Sweet Spot.
5. Für die nächste Methode der Kalibrierung benötigen Sie einen Sharpie, ein Maskierungsband, ein Lineal und Ihr Quad Stepper Grasshopper-Skript bereit und verdrahtet, um zu gehen.
6. Zuerst auf der Zahnriemenscheibe, die an Ihrem Motorkopf angebracht ist, eine gerade Linie von der Mitte zur äußeren Kante mit einem Sharpie zeichnen. Dies wird Ihr Ausgangspunkt, wenn Sie testen, wie viele Schritte eine vollständige motorische Revolution dauert. Die Quad-Stepper-Komponente verwendet "Schritte", um die Motoren laufen, so dass die Schieber von früher sind wirklich lesen als 0 bis 3200 Schritte, um den Motor zu versorgen.
7. Machen Sie jeden Motor einzeln: Beginnen Sie, den Schieber von einem Startpunkt von 0 bis "x" Zahl einzustellen, die den Motor in einer vollen Umdrehung nimmt. Dies wird Ihnen nützlich sein, um zu wissen, wie Sie beginnen können, Ihr Band und Lineal zu verwenden, um die "Anzahl der Schritte" auf eine bestimmte physikalische Entfernung gleichzusetzen, wie Ihre "drucken Grenzen" später in Grasshopper.

* Tipp: Wenn Sie die Schieberegler verwenden, um die Schrittweite zu testen, senden Sie sie zurück zu 0 zwischen den einzelnen Testnummern. Dies prüft zwei Dinge für Sie: Wenn der Motor weiß, wo seine "Heimat" oder 0, ist, oder nicht. Wenn dies nicht der Fall ist, müssen Sie den "Reset Origin" -Knopf umschalten, bevor jede Testnummer durch die Komponente zu den Motoren geführt wird, und wenn der Motor mit einer anderen Geschwindigkeit als vorwärts fährt, wissen Sie, dass das Potentiometer Kalibrierung benötigt einige Optimierungen.

Schritt 8: Heuschrecken-Skript

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Sie benötigen die neueste benötigen Grashüpfer - Plugin für Rhino 5 sowie die neuesten Firefly - Plugin.

Das Einrichten der gesamten Grasshopper-Datei erfordert 9 Schritte (eine viel länger als die anderen ... Hinweis: # 2)

Bevor Sie etwas beginnen, stellen Sie sicher, dass Ihre Rhino-Einheiten den Einheiten entsprechen, die Sie drucken möchten, oder mit Grasshopper kommunizieren ... mit Millimetern.

1. Die erste Aufgabe besteht darin, das zulässige Buildvolumen für Ihren speziellen 3D-Drucker festzulegen. Da dies je nach Modell variiert, sollten Sie die XYZ-Dimensionen und Einheiten entsprechend aktualisieren. Aktivieren Sie die Komponente BUILD VOLUME WIREFRAME, um die Build-Erweiterungen zu ermitteln.
(In diesem Schritt verwendete Komponenten: Panels, Construct Point, Box 2 pt, Brep Wireframe, Dash Pattern, Curve)

2. Stellen Sie hier Ihren Werkzeugweg als SINGLE CURVE ein. Oft kann der Werkzeugweg leicht in Grasshopper, als kontinuierliche Spirale, Schrittkonturen oder andere parametrisch abgeleitete Methoden erzeugt werden.
* Unser Werkzeugweg war sehr spezifisch für unsere Schalung und die gewünschte Ausgabe - mit einem Basis "Web", dass wir "wove" zwischen und innerhalb. Sie bestand aus:
- Schaffung einer facettierten, geodätischen Kuppel, mit Maschen und Unterteilung
- jede Facette wird isoliert
- Aufbringen der gleichen Weave-Komponente (und ihres Musters) auf jede einzelne Facette
- Verbinden jeder Webart + Facettenkontur in eine große Kurve (Werkzeugweg)
- der Werkzeugweg wird dann mit den drei Motoren verbunden, wobei wir unser Bett in X und Y und das Z (den Extruder) bewegen, was zu einer Extrusion führt, die sich direkt entlang der Facetten- und Randlinien der Kuppeln bewegt
- wir haben vier verschiedene Dome mit unterschiedlicher Facette, vier verschiedene Dichten der Weave-Komponente, die auf jede Dom-Form angewendet wurde, und drei verschiedene Skalen von Kuppelformularen erstellt, was zu 48 verschiedenen Skriptoptionen zum Drucken führt.

3. Bestätigen Sie, dass der gesamte Werkzeugweg innerhalb des zulässigen Bauvolumens (mit dem Boden auf der XY-Ebene) liegt, bevor Sie die Schrittmotoren aktivieren, um zu vermeiden, dass eine der Achsen überschritten wird und die Motoren beschädigt werden. Dieser Abschnitt überprüft, dass alle Ecken innerhalb des zulässigen Buildvolumes liegen.
(In diesem Schritt verwendete Komponenten: Kontrollpunkte, Innen, Listenlänge, Massenzusatz, Gleichheit, Panels)

4. Dieser Schritt aktiviert die Bewegung des Druckers. Verwenden Sie einen TIMER, um die Kurve kontinuierlich auszuwerten und schrittweise Schritte zu den Schrittmotoren zuzuführen. Schnellere Timer-Geschwindigkeiten führen zu einer schnelleren Motorbewegung.
(In diesem Schritt verwendete Komponenten: VB Script, Timer, Boolean Toggles, Panel)

5. Damit der Timer die Kurve auswerten kann, müssen Sie eine Distanz mit der verstrichenen Zeit verknüpfen. Der ansteigende Wert wird als Prozentsatz verwendet, um die Gesamtlänge des Kurven-Werkzeugwegs auszuwerten, die fertiggestellt oder in den Quad-Stepper eingespeist wurde. In unserem Fall erwies sich 1mm / 50ms als ideale Geschwindigkeit für unsere Heißleimextrusion. Je langsamer die Geschwindigkeit, desto genauer können Sie erwarten, die Feinheiten des Werkzeugwegs zu sein. Experimentieren Sie mit Ihrer Extrusionsgeschwindigkeit und finden Sie ein Gleichgewicht zwischen den beiden wird notwendig sein, um die ideale Geschwindigkeit für jede einzigartige Maschine und Material-Setup zu finden.
(In diesem Schritt verwendete Komponenten: Länge, Platten, Division, Multiplikation, Minimum, Auswertedauer)

6. Um den aktuellen Punkt entlang des Druckwerkzeugpfades zu visualisieren, erstellen Sie eine kleine Kugel entlang der in vorherigen Schritten ausgewerteten Punkte und aktivieren Sie die "Vorschau". Dies simuliert die Bewegung aller drei Achsen in Echtzeit.
(In diesem Schritt verwendete Komponenten: Sphere, Swatch, Custom Preview)

7. Die Komponente "Länge auswerten" gibt eine kartesische Koordinatenposition an. Diese Werte müssen in Schritte umgerechnet werden, um in jeden der jeweiligen Schrittmotoren übersetzt zu werden - aber vorher müssen wir den linearen Abstand in den Winkelabstand umrechnen (die Schrittmotoren sorgen für eine Drehbewegung). Um dies zu erreichen, benötigen wir einen Umwandlungswert, um zu bestimmen, wie viele Grade einer bestimmten Distanz gleich sind. In unseren Versuchen haben wir ein 50mmX50mm-Quadrat gedruckt und die Schrittmotoren die Form kontinuierlich verfolgt, bis unsere XY-Kalibrierwerte es dem Extrusionskopf erlaubten, das gedruckte Quadrat so genau wie möglich zu erzeugen. Ähnlich würden wir den Extruder vertikal eine quantifizierte Distanz bewegen und messen, wie viele Schritte es benötigte, um diese Distanz zu erreichen, oder umgekehrt.
(In diesem Schritt verwendete Komponenten: Dekonstruktion, Panels, Multiplikation, Integer)

8. Sobald die Position im kartesischen Raum von linearen Werten zu Winkelwerten konvertiert wurde, können wir mit den Komponenten Konvertieren in Schritten die Grade zu Stufen übersetzen. Schrittmotoren werden durch ihre Schritte / Umdrehung und die Menge an Mikroschritten pro Schritt kategorisiert. Achten Sie darauf, diese Werte zu überprüfen, damit die resultierende Distanz zu den Schrittmotoren, mit denen Sie arbeiten, stimmt. Mit dieser Komponente: Das "S" bezeichnet die Schritte pro Umdrehung für jeden Motor, wobei das "M" die Anzahl der Mikroschritte ist. Für uns waren diese Werte 200 bzw. 8. Sie könnten feststellen, dass einige Ihrer Motoren rückwärts fahren (dies ist üblich) und diese zu korrigieren (oder um die korrekten negativen Zahlen zu füllen, die mit den anderen Motoren kalibriert werden sollen) ... multiplizieren Sie einfach die spezifische Ausgabe von diesem Schritt, 1, und dann wird es in die Quad Stepper-Komponente mit den richtigen Werten zugeführt. Dieselbe Idee der Multiplikation kann verwendet werden, um die Geometrie gleichmäßig auf eine andere gewünschte Größe zu skalieren)
(In diesem Schritt verwendete Komponenten: Umrechnung in Schritte (für jeden Motor / Achse), Negativ, Multiplizieren)

9. Schließlich muss Grasshopper eine Verbindung herstellen und an das Arduino-Brett schreiben. Beginnen Sie mit dem Öffnen des entsprechenden Anschlusses. Als nächstes aktivieren Sie den Motor, der die Werte an die Platine sendet und die Bewegung des Motors beginnt. In den Motor ist ein Reset eingebaut. Beachten Sie, dass beim Zurücksetzen die aktuelle Position im kartesischen Raum als 0,0,0 definiert ist, wodurch die tatsächlichen kartesischen Koordinaten aufgehoben werden. Die in Schritt 5 beschriebenen kartesischen Koordinaten sind Messungen relativ zum zuletzt zurückgelegten Ort.
(In diesem Schritt verwendete Komponenten: Quad Stepper, Port verfügbar, Serial Write, Panels)

Schritt 9: Video: Webster in Aktion

Webster: Eine geometrische Musterwebmaschine

Dies ist die Trailer-Video, das den Roboter in Aktion, mit ein wenig von unserem Prozess und die Schaffung der endgültigen Artefakt verfügt.

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