自宅で作るDIY宿題自動筆記マシン：AxiDraw風ペンプロッターの自作ガイド

部品と材料

部品	数量
Arduino UNO	1
SG90マイクロサーボモーター	1
SparkFun A4988ステッピングモータードライバーボード	1

必要な工具と機器

• 3Dプリンター（汎用）

アプリとオンラインサービス

• Arduino IDE

プロジェクト概要

描画ロボット／ペンプロッター／描画マシンは、有名なAxiDrawのオープンハードウェア版です。ペン、マーカー、鉛筆など多様な筆記具で、ほぼあらゆる平面に書き込みや描画が可能です。

独自の設計により、描画ヘッドが機械本体より外側に伸びるため、機械本体より大きなオブジェクトにも描画できます。最大の利点は、コアXY延長設計により、本機を本やノートの上に直接置いて使用できる点です。

この描画ロボットは市販のAxiDrawと同様に、Arduino Unoコントローラー、CNCシールド、GRBLファームウェアで動作します。

部品調達先と所有パーツによりますが、製作費用は約75ドル〜。Arduinoなどをすでに持っていればさらに安価に。

私の全プロジェクトはhttps://www.diyprojectslab.com/で公開中。

最大描画エリア：24 × 30 cm

協賛：NextPCB

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ステップ1：必要な部品と材料

• Nema 17ステッピングモーター × 2
• X軸用リニアロッド M8 × 450mm × 2
• Y軸用リニアロッド M8 × 350mm × 2
• Z軸用リニアロッド 3mm × 2（古いCD-ROMから流用可）
• ネジロッド M8 × 480mm × 1
• LM8UUベアリング × 8
• サーボ SG90 × 1
• スプリング 5mm（ボールペンから流用）× 1
• GT2プーリー 16歯 × 2
• ベアリング 624zz × 5
• GT2ベルト 2000mm × 1
• Arduino Uno × 1
• CNCシールド × 1
• A4988ステッピングドライバー（ヒートシンク付き） × 2
• ジャンパー × 6
• 12V 2A電源 × 1
• ナット類（M3、M4、5/16インチ各種）
• ネジ類（M3、M4、六角各種）
• ワッシャー類

ステップ2：3Dプリント

• Thingiverseからファイルをダウンロード
• Cura等のスライサーで3Dモデルを開く
• 全パーツ75%インフィル（70〜100%でOK）
• レイヤー高さ0.10〜0.20mmでプリント
• 材質：PLA
• ペンホルダー、スライダー、X_Support_L、X_Support_Rにはサポート材必要
• 最長パーツで約10時間、最短で約30分
• PLAで問題なし。200°C、BuildTakでプリント。ラフトやブリム不要。ペンホルダーとZ軸エンドプレートのみサポート推奨

ステップ3：X軸の組み立て

350mmと450mmのリニアロッドが各2本必要です。

• 450mmロッド2本をXサポートパーツに挿入（穴がきつい場合は丸ヤスリで調整、ゴムハンマーで打ち込み）
• ネジロッドを下部の穴に通し、両側に5/16インチワッシャーとナットで固定

ステップ4：X軸ベアリングの組み立て

• LM8UUベアリングをトップ/ボトムクラムシェルの所定位置に押し込み（各4個ずつ）
• 624zzベアリング4個を3Dプリントしたアイドラープーリーに圧入（5個目はY軸用に温存）

X軸キャリッジの組み立て

• M3-0.5×20mmネジ4本、M3ナット4個、M3ワッシャー4個、アイドラープーリー付き624zzベアリング4個を用意
• ネジにワッシャーを通し（ベアリングに当たる）、ナットでキャリッジ底面から固定

X軸サポートの組み立て

• クラムシェルを450mm（X軸）リニアロッドに通す
• ゴムハンマーで反対側のXサポートも固定
• ロッドが両側均等に出るよう調整
• ネジロッドのもう片側をXサポートの穴に通し、ナットとワッシャーで固定
• XサポートごとにM3-0.5×16mmネジ2本でリニアロッドのスライド防止

ステップ5：Y軸の組み立て

Y-Back

• 350mmリニアロッド2本をY-Backパーツにゴムハンマーで挿入
• M4-0.5×35ネジ1本、M4ナット1個、5個目の624zzベアリングを用意
• M3-0.5×16ネジ2本でリニアロッド固定
• ネジ挿入時にベアリングをスライドイン

Y-Front

• リニアロッド/Y-BackをLM8UUベアリングに通し、Y-Frontパーツをゴムハンマーで取り付け

ステップ6：X-Y軸ベルトの組み立て

• ラジオペンチでGT2ベルトをクラムシェルの「歯」に通しやすくする
• ベルト両端をBase Sliderの歯に通す
• ベルトは張り詰めた状態に（緩みなし）
• ベルト装着後、クラムシェルがスムーズに動かなくなるのは正常

ステップ7：Z軸の組み立て

• 3mmリニアロッド2本と3Dプリントパーツ（Slider、Pen Holder、Base Slide、3MM Metric Thumb Screw）を用意
• 六角M3-0.5×20mmネジとMetric Thumb Screwを組み合わせ、瞬間接着剤で固定
• M3-0.5×16mmネジ3本でBase SlideをY-Frontパーツに固定（M3ナット3個で保持）
• SliderとPen Holderを合体させて1パーツ化
• 新パーツと3mmリニアロッド2本を組み合わせ、間に小さなスプリングを挟んでSliderを持ち上げる圧力を確保（スプリング長を調整して適度な圧力に）

ステップ8：電子工作

Arduino Uno + CNCシールド構成を推奨。

• A4988ステッピングモータードライバー × 4
• A4988ドライバー用拡張ボード
• Arduino UNO

まずヒートシンクをA4988に貼り付け。4個のA4988を拡張ボードに装着し、Arduinoと接続して配線完了。シールドにはマイクロステッピング制御が内蔵され、1/16や1/32ステップで最大精度を実現（モーター発熱は早まる）。モードピンのショート組み合わせで分解能変更可能。回路図では同色2線が1コイルを表す。テスターで抵抗測定し、コイルを特定して配線。

ステップ9：ソフトウェア

使用ツール：

• Inkscape（グラフィックデザイン・描画・インポート）
• Inkscape MI GRBL拡張（グラフィックをG-codeに変換）
• Universal G Code Sender（G-codeをロボットに送信して描画動作）
• GRBL（Arduino Unoに書き込むファームウェア）

ダウンロードリンク：

• Arduino IDE: 公式
• Universal G-code Sender: 公式
• Inkscape: 公式
• 4xiDraw & km laser: Google Drive
• Processing: 公式
• 描画→G-code変換Processing: Google Drive

詳細セットアップは動画を参照。

ステップ10：描画マシン稼働

動作デモは動画で確認可能。

コード

• grblコード

grblコード

/***********************************************************************
 * Grblを328pベースArduinoにコンパイル・アップロードするスケッチ
 * 使用方法:
 * - まずArduino IDEにGrblソースコードをインポート（GitHubに手順あり）
 * - ツールメニューでArduinoボードとシリアルポートを選択
 *   注: Grblは公式に328pベース（Uno等）のみサポート。他ボードは動作保証外
 * - 「アップロード」クリックで完了
 * 上級者向け: config.hで機能の有効/無効やパラメータ調整可能
 * Copyright (c) 2015 Sungeun K. Jeon MITライセンス
 ***********************************************************************/
#include <grbl.h> // このファイルは変更しないでください！

回路図