code-arduino.zip
Code firmware + configuration config.yaml à téléverser sur l'ESP32.
01
Introduction
Le DrawBot A4 est un robot de dessin à bras articulé conçu comme un projet de mécatronique appliquée, documenté pour être compris, assemblé et amélioré dans un cadre makerspace ou académique.
Le système a été développé autour d’une structure mécanique imprimée en 3D, d’un support feuille découpé au laser, d’une carte PCB custom et d’un pilotage par ESP32. L’objectif du projet est de convertir un visuel en trajectoires de dessin puis de les exécuter sur une feuille A4 avec une machine compacte, stable et pédagogique.
Bras articuléArchitecture non cartésienne
ESP32Commande et pilotage
PCB customCarte dédiée sous KiCad
Format A4Zone de travail finale
02
Présentation système
Le DrawBot A4 repose sur deux bras articulés entraînés par moteurs pas à pas. Contrairement à une machine cartésienne, les trajectoires sont obtenues par la combinaison d’angles mécaniques et d’une coordination logicielle adaptée.
La structure s’appuie sur des supports imprimés, des roulements et des courroies GT2. Le robot maintient une feuille A4 sur un support dédié avec clapet et charnières. Côté électronique, un ESP32 piloté avec FluidNC supervise la lecture des commandes et la gestion des mouvements.
Bras articulé
Cinématique principale
Poulies + GT2
Transmission
Roulements
Guidage mécanique
Support A4
Surface de dessin
03
Matériel utilisé
Le projet combine de l’électronique embarquée, des pièces mécaniques imprimées et des éléments de fabrication numérique disponibles dans un makerspace.
| Élément | Rôle | Quantité |
|---|---|---|
| ESP32 (format Uno) | Contrôle machine, firmware FluidNC — alimenté en 5 V | 1 |
| Drivers A4988 | Commande des moteurs pas à pas — logique 5 V / puissance 12 V | 2 |
| Moteurs pas à pas | Entraînement des articulations — alimentation 12 V | 2 |
| Condensateurs 100uF | Filtrage alimentation | 2 |
| Résistances 10K | Maintien d’états logiques | 2 |
| Résistances 4.7K | Tirage / adaptation de lignes | 2 |
| Régulateur 5 V | Abaissement 12 V → 5 V pour l'ESP32 | 1 |
| Slot micro SD | Support de fichiers | 1 |
| Fusible 3 A | Protection de l'entrée 12 V | 1 |
| Courroies GT2 | Transmission mécanique | 2 |
| Roulements | Réduction des frottements | Plusieurs |
| Pièces imprimées 3D | Bras, supports, interfaces mécaniques | Ensemble |
| Découpe laser | Support feuille, clapet, éléments plats | Ensemble |
Outils logiciels réels : Arduino IDE, VSCode, PlatformIO, FluidNC, KiCad, Onshape, p5.js et imagetracer.js.
04
Fabrication des pièces
La fabrication repose sur deux procédés complémentaires : l’impression 3D pour les pièces volumétriques et la découpe laser pour les éléments plans.
Impression 3DBras articulés, supports moteurs, support stylo et interfaces mécaniques.
Découpe laserSupport feuille, clapet, charnières et maintien du format A4.
OnshapeModélisation et export des pièces avant fabrication.
PrototypageCorrections successives après tests mécaniques et assemblage.
05
Tutoriel assemblage détaillé
Le tutoriel suivant couvre l’ensemble de la chaîne projet, depuis la récupération des fichiers jusqu’aux essais de dessin. Chaque étape inclut l’objectif, un conseil pratique et l’erreur fréquente à éviter.
01
Télécharger le ZIP principal
Récupérer les archives utiles : code, STL, exports Onshape, KiCad et documentation.
ConseilCréer un dossier projet dédié.Erreur fréquenteOublier une archive avant de commencer.
02
Installer Arduino IDE
Préparer l’environnement de base pour les besoins de programmation et de vérification.
ConseilVérifier les droits d’installation système.Erreur fréquenteTravailler avec une installation incomplète.
03
Installer VSCode
Utiliser VSCode pour centraliser le développement et la configuration.
ConseilPrévoir un espace de travail projet.Erreur fréquenteOuvrir les fichiers isolés sans structure.
04
Installer PlatformIO
Ajouter l’extension PlatformIO dans VSCode pour la gestion de projet embarqué.
ConseilRedémarrer VSCode après installation.Erreur fréquenteOublier la phase d’initialisation des dépendances.
05
Flasher FluidNC
Programmer l’ESP32 avec FluidNC afin de disposer d’un firmware capable de lire la configuration et d’exécuter les mouvements.
ConseilBrancher l’ESP32 seul pendant le flash.Erreur fréquenteConserver des périphériques connectés inutilement.
06
Ajouter config.yaml
Charger la configuration machine correspondant au DrawBot A4.
ConseilVérifier le nom et l’emplacement du fichier.Erreur fréquenteUtiliser une configuration d’un autre projet.
07
Installer les bibliothèques
Préparer les dépendances logicielles côté environnement de développement.
ConseilConsigner les versions utilisées.Erreur fréquenteMélanger plusieurs configurations locales.
08
Imprimer les STL
Lancer l’impression 3D des bras, supports moteurs, support stylo et pièces mécaniques associées.
ConseilContrôler les dimensions avant assemblage.Erreur fréquenteAssembler des pièces encore déformées.
09
Réaliser la découpe laser
Fabriquer le support feuille, le clapet et les pièces plates de maintien.
ConseilTester d’abord sur une chute.Erreur fréquenteOublier l’épaisseur réelle du matériau.
10
Assembler la structure mécanique
Monter la base, les supports moteurs et les bras articulés.
ConseilSerrer progressivement les fixations.Erreur fréquenteBloquer des articulations trop tôt.
11
Monter les roulements
Positionner les roulements dans les logements prévus pour garantir un mouvement fluide.
ConseilContrôler chaque rotation à la main.Erreur fréquenteCréer des frottements par mauvais alignement.
12
Installer les courroies GT2
Passer les courroies dans les poulies et régler leur tension.
ConseilRechercher une tension régulière, pas maximale.Erreur fréquenteCourroie trop lâche ou trop tendue.
13
Préparer le PCB
Nettoyer la carte, vérifier les composants et organiser la séquence d’implantation.
ConseilCommencer par les composants les plus bas.Erreur fréquenteSouder sans plan d’implantation clair.
14
Effectuer la soudure
Réaliser la soudure CMS et l’assemblage des connecteurs, pins et composants de puissance.
ConseilInspecter visuellement chaque zone.Erreur fréquentePonts de soudure non repérés.
15
Installer les drivers moteurs
Positionner correctement les drivers sur la carte et vérifier leur orientation.
ConseilComparer avec le schéma avant mise sous tension.Erreur fréquenteInverser le sens d’insertion.
16
Monter l’ESP32
Fixer ou connecter l’ESP32 sur la carte selon l’implantation prévue.
ConseilGarder l’accès USB dégagé.Erreur fréquenteEmpêcher l’accès pour reflash ultérieur.
17
Tester les moteurs
Effectuer les premiers essais de rotation pour valider le câblage et le sens des mouvements.
ConseilTester à basse vitesse en premier.Erreur fréquenteMonter en vitesse avant validation du sens.
18
Procéder à la calibration
Ajuster l’origine, la tension des courroies et les paramètres nécessaires à la précision du tracé.
ConseilMesurer sur des formes simples.Erreur fréquenteChanger plusieurs paramètres à la fois.
19
Lancer les tests de dessin
Envoyer un fichier de test pour valider l’ensemble du pipeline jusqu’au résultat sur feuille.
ConseilCommencer par des tracés courts.Erreur fréquenteTester un dessin complexe trop tôt.
06
Software et firmware
La chaîne logicielle du DrawBot A4 a été mise en place par Damien et repose exclusivement sur les outils réels du projet : ESP32 (format Uno), VSCode, PlatformIO, FluidNC, fichier config.yaml, p5.js et imagetracer.js.
1. Flasher FluidNCPréparer le microcontrôleur.
2. Installer config.yamlDécrire la machine.
3. Envoyer le GCODETransmission par liaison série.
4. Traduction moteurFluidNC convertit les ordres.
Le pipeline fonctionnel mis en place par Damien est le suivant : image → SVG avec imagetracer.js → GCODE → communication série → FluidNC → moteurs. Ce flux permet de passer d’un contenu graphique à un tracé physique sans inventer d’outils extérieurs à la stack du projet.
07
Calibration
La calibration est indispensable sur une machine à bras articulé. Elle permet d’ajuster la cohérence entre le modèle mécanique, le comportement réel des moteurs et la position du stylo sur la feuille.
A
Origine mécanique
Définir une position de référence stable pour les bras avant toute série de tests.
B
Tension des courroies
Ajuster la transmission afin d’éviter à la fois le flottement et l’excès de contrainte mécanique.
C
Réponse moteur
Vérifier le comportement des moteurs à vide puis sous charge légère avec le stylo monté.
D
Validation géométrique
Tracer des formes simples, mesurer les écarts puis corriger progressivement les paramètres.
08
Temps fabrication
Les durées ci-dessous sont indicatives et dépendent fortement de la disponibilité des machines et de l’état des prototypes initiaux.
Impression 3DTemps dominant pour les pièces mécaniques.
Découpe laserRapide mais nécessite préparation des fichiers.
PCB + soudurePhase sensible, dépend de l’implantation.
CalibrationPlusieurs itérations après assemblage.
09
Difficultés rencontrées
Le projet a rencontré plusieurs difficultés techniques classiques d’un système mécatronique développé en équipe :
1
Stabilité mécanique
Les jeux dans la transmission et l’alignement des éléments mécaniques ont demandé plusieurs ajustements.
2
Réglage des courroies
La tension correcte des GT2 a été déterminée par essais successifs pour éviter le flottement et la surcontrainte.
3
Intégration électronique
La mise au point du PCB, la soudure et le contrôle des connexions ont demandé de la rigueur avant toute mise sous tension.
4
Précision du tracé
La calibration du bras articulé a nécessité plusieurs essais de dessin pour converger vers un résultat satisfaisant.
10
Téléchargements
pcb-kicad.zip
Fichiers KiCad complets de la carte électronique du DrawBot A4.
TéléchargerModèle 3D Onshape
Lien direct vers l'assemblage Onshape (toutes les pièces visibles et téléchargeables).
Ouvrir OnshapeDépôt GitHub
Code source complet, historique des versions et documentation technique du projet.
Ouvrir GitHub11
Galerie finale
Machine finale
Vue d’ensemble après assemblage et intégration complète.
Vue de référence
Support de lecture supplémentaire pour comprendre l’implantation générale.
Bras articulé
Vue d’une pièce centrale du système mécanique.
12
Vidéos
robot-dessin.mp4
Démonstration du DrawBot A4 pendant une séquence de dessin.
assemblage.mp4
Vue de l’assemblage et des opérations de montage du projet.
explication.mp4
Vidéo de présentation (≈ 1 min)