DIY Arduino CoreXY 绘图机器人：GRBL 固件 + Inkscape 工作流完整指南

项目概述

**Crazy Engineer's Drawing Robot** 是一款开源开源硬件的 CoreXY 结构 CNC 绘图机器人。采用 Arduino UNO (ATmega328P) + GRBL 固件 (CoreXY 伺服版) 解析 G-code，双电机联动实现 X/Y 平面运动，Z 轴由舵机控制笔尖升降。可在任意平面书写绘图，支持矢量字体、光栅图、技术图纸、签名、证书等应用。

核心硬件架构

CoreXY 运动学原理

两个固定电机通过交叉同步带驱动运动平台：

• **电机 A 单独转** → 平台沿 45° 斜向移动 (X+Y 同向)
• **电机 B 单独转** → 平台沿 -45° 斜向移动 (X-Y 反向)
• **两电机同速同向** → 纯 Y 轴移动
• **两电机同速反向** → 纯 X 轴移动

运动学逆解：
MotorA = X + Y
MotorB = X - Y
GRBL 固件内核已内置 CoreXY 运动学，启用 COREXY 宏即可。

固件烧录与配置

1. 下载 grbl-coreXY-servo 源码
2. Arduino IDE 打开 grbl.ino，确认 config.h 中定义：
   #define COREXY
#define VARIABLE_SPINDLE (用于舵机 PWM 控制)
   #define SPINDLE_PWM_PIN 11 (Uno D11)
3. 选择 **Arduino/Genuino Uno**，烧录
4. 串口监视器 115200 波特率，发送 $$ 查看/修改参数：
   $100=80.000 (X steps/mm)
   $101=80.000 (Y steps/mm)
   $30=1000 (最大舵机 PWM，对应 0-180° 映射)

软件工作流：Inkscape → G-code → 绘图

1. Inkscape 准备

• 安装 Inkscape 模板 (页面尺寸 = 机器行程)
• 绘制/导入矢量图 (SVG/DXF/PDF)，**全部转换为路径** (Path → Object to Path)
• 文字需 Path → Object to Path 后再 Extensions → Modify Path → Flatten Beziers 近似直线段

2. G-code 生成

• 推荐插件：Makelangelo 或 Lasertool/Engrave 插件
• 设置：进给速度 F1000-3000 mm/min，Z 升降对应舵机角度 (M3 S0 笔下, M5 S1000 笔上)
• 导出 .ngc / .gcode 文件

3. 发送绘图

• Universal Gcode Sender (UGS) / bCNC / CNCjs 等上位机
• 连接串口，归零 (G28 或手动移动到原点 G92 X0 Y0 Z0)
• 加载 G-code，运行

机械结构关键点

• **同步带张紧**：过松失步，过紧增加阻力，弹簧张紧器最佳
• **CoreXY 交叉点**：两带必须在不同平面 (垫高 3-5mm) 避免干涉
• **笔夹设计**：弹簧预压 + 舵机杠杆，保证着纸压力恒定，适应纸面不平
• **限位开关**：X/Y 双向各一个，接 CNC Shield 限位接口，使能硬限位 $21=1

常见问题排查

进阶扩展

• **激光雕刻**：替换笔夹为 500mW+ 激光模块，启用 VARIABLE_SPINDLE PWM 功率控制
• **双色/多笔头**：增加舵机切换笔架，或 CoreXY 搭载多工具换刀系统
• **闭环控制**：闭环步进电机 (带编码器) 消除失步
• **Klippers + Raspberry Pi**：卸载运动规划至 Pi，实现更高速度/压力预演/输入整形

项目资源链接

• GRBL CoreXY Servo 固件：GitHub
• Inkscape 模板/插件：Template / Plugins
• Makelangelo 软件：GitHub
• 完整图文/视频教程：作者官网