Журнал проекта FirePick Delta: создание открытого микрозавода с OpenPnP

Топология программного обеспечения и теория работы

OpenPnP служит высокоуровневым движком управления, оркестрируя задачи, такие как захват и размещение компонентов. Его архитектура интегрирует множество библиотек и подсистем, направляя данные к двигателям через выделенные модули. Созданный Джейсоном фон Нидой до проекта FirePick Delta, OpenPnP все еще в альфе, но доказал надежность на нескольких производственных машинах. Мы расширили его документацию для полной прозрачности сообщества.

Java-модули, на которые ссылаются иконки JAR, могут быть заменены или расширены для адаптации конфигураций машин. Каждый модуль — кроме моделей конфигурации — может быть указан в machine.xml. Даже без опыта Java декларативный подход позволяет указывать на .java файлы, диктуя инстанциацию классов и поведение, что сохраняет кодовую базу модульной и поддерживаемой. OpenPnP поставляется с эталонными файлами для обычной настройки pick-and-place с управлением движением TinyG, одной головкой, соплом, актуатором, ленточным питанием и камерой, смотрящей вниз. Мы адаптировали и расширили эти файлы для поддержки продвинутых функций, требуемых FirePick Delta.

Драйвер движения: Наша пользовательская плата контроллера движения, вдохновленная RepRap RAMPS 1.4 и Melzi, работает на форкнутом прошивке Marlin. Драйвер OpenPnP Marlin преобразует декартовы команды в G-код для платы. Хотя функционально, вынос дельта-математики и коррекций Z-зонда на Pi обеспечивает высокую точность и скорость. FireFUSE связывает разрыв, конвертируя декартовы координаты в дельта-пространство, применяя калибровочные смещения и передавая скорректированный G-код в Marlin. Единственное требование для OpenPnP для общения с FireFUSE — совместимый драйвер, который сейчас в разработке.

Драйвер камеры и Vision Framework: Нативная поддержка камеры в OpenPnP отставала от 5-мегапиксельной камеры Raspberry Pi. Карл Лю решил это с FireSight, открытой библиотекой компьютерного зрения на базе OpenCV. Она предоставляет высокоуровневый API конвейера, упрощающий сложную обработку изображений без глубоких знаний C++. FirePiCam, настроенная обертка raspistill, захватывает изображения напрямую в файловую систему FUSE, сохраняя ресурс SD-карты. Java-библиотека firerest-client затем передает эти изображения обратно в OpenPnP для الرؤية в реальном времени.

GUI: Встроенный GUI OpenPnP ограничен и труден для интеграции в современные рабочие процессы. Мы разрабатываем веб-интерфейс на Node.js, Express, AngularJS и Bootstrap, который может работать в любом браузере с поддержкой HTML5. Most-мост node-java позволяет бесшовно вызывать основные Java API OpenPnP из JavaScript, обходя устаревший GUI при сохранении полного управления машиной.

Топология оборудования и теория работы

Наш основной контроллер — Raspberry Pi Model B+, выбранный за стоимость и обширные GPIO-разъемы. Хотя Broadcom 2835 скромен, он надежно обрабатывает компьютерное зрение и веб-сервисы в наших бюджетных ограничениях. Мы спроектировали систему для переносимости на другие SBC — BeagleBone Black, Allwinner A4, Intel Galileo или Mini‑ITX — хотя Pi остается предпочтительной базой.

Плата HAT ERPIHAT01

Следуя спецификации RPi HAT, мы представили HAT FirePick Delta (ERPIHAT01), мезонинную плату, расширяющую возможности Pi без лишнего беспорядка.

• Предоставляет разъем для символьного LCD 16×2, подключенного к GPIO Raspberry Pi.
• Включает разъемы для ротационного энкодера, тактовой кнопки (с LED) и понижающего преобразователя 12 В→5 В для питания Pi.
• Сквозной разъем для модуля камеры Raspberry Pi, позволяющий продление к энд-эффектору дельта.
• Оснащена пьезо-зуммером, управляемым от единственного PWM-пина Pi, дешевле, чем использование аудио-джека.
• По спецификации HAT обеспечивает обязательный EEPROM-чип и защиту от обратной подачи +5 В, позволяя питание через GPIO вместо micro-USB порта.

Для более подробной информации: A project log for FirePick Delta, the Open Source MicroFactory