FirePick Delta Project Log: Een Open-Source MicroFactory Bouwen met OpenPnP

Software-topologie en Theorie van de Werking

OpenPnP fungeert als de high-level control-engine, die taken zoals pick-and-place van componenten orkestreert. De architectuur integreert talloze bibliotheken en subsysteem, data doorsturen naar motorcontrollers via dedicated modules. Gecreëerd door Jason von Nieda vóór het FirePick Delta-project, is OpenPnP nog steeds in alpha maar heeft zich bewijsgeleverd op diverse productiemachines. We hebben de documentatie nu uitgebreid om volledige transparantie aan de community te bieden.

De Java-modules waarnaar de JAR-iconen verwijzen, kunnen worden uitgebreid of vervangen om machineconfiguraties aan te passen. Elke module – behalve de configuratiemodellen – kan worden gespecificeerd in machine.xml. Zelfs zonder Java-ervaring, stelt de declaratieve aanpak u in staat om naar .java-bestanden te wijzen, wat klasse-instantiëring en gedrag dicteert, wat de codebase modulair en onderhoudbaar houdt. OpenPnP wordt geleverd met referentiebestanden voor een vanilla pick-and-place-setup met TinyG-motion-control, een enkele head, nozzle, actuator, drag-tape-feed, en een naar-beneden-kijkende camera. We hebben deze bestanden aangepast en uitgebreid om de geavanceerde features te ondersteunen die FirePick Delta vereist.

Motion-driver: Onze custom motion-controllerbord, geïnspireerd op RepRap RAMPS 1.4 en Melzi, draait een geforkte Marlin-firmware. Een OpenPnP Marlin-driver vertaalt cartesiaanse commando's in G-code voor het bord. Hoewel functioneel, biedt het offloaden van delta-wiskunde en Z-probe-correcties naar de Pi superieure precisie en snelheid. FireFUSE overbrugt de kloof, door cartesiaanse coördinaten om te zetten in delta-ruimte, kalibratie-offsets toe te passen, en de gecorrigeerde G-code door te sturen naar Marlin. De enige vereiste voor OpenPnP om met FireFUSE te praten is een compatibele driver, die momenteel in ontwikkeling is.

Camera-driver en Vision Framework: OpenPnP's native camera-ondersteuning liep achter op de 5-megapixel Raspberry Pi-camera. Karl Lew loste dit op met FireSight, een open-source vision-bibliotheek gebouwd op OpenCV. Het exposeert een high-level pipeline-API, wat complexe beeldverwerking vereenvoudigt zonder diepe C++-kennis. FirePiCam, een aangepaste raspistill-wrapper, vangt afbeeldingen direct naar het FUSE-bestandssysteem, wat de SD-kaartlevensduur behoudt. De firerest-client Java-bibliotheek voedt deze afbeeldingen vervolgens terug naar OpenPnP voor realtime vision.

GUI: De gebundelde OpenPnP-GUI is beperkt en moeilijk te integreren in moderne workflows. We ontwikkelen een web-gebaseerde interface met Node.js, Express, AngularJS, en Bootstrap, die op elke HTML5-capable browser kan draaien. Een node-java-brug stelt naadloze aanroep van OpenPnP's core Java-API's vanuit JavaScript in, de legacy-GUI omzeilend terwijl volledige machinecontrole behouden blijft.

Hardware-topologie en Theorie van de Werking

Onze kerncontroller is een Raspberry Pi Model B+, gekozen voor kosteneffectiviteit en voldoende GPIO-headers. Hoewel de Broadcom 2835 bescheiden is, handelt het betrouwbaar computer-vision en webservices binnen onze budgetbeperkingen. We hebben het systeem ontworpen om draagbaar te zijn over andere SBC's – BeagleBone Black, Allwinner A4, Intel Galileo, of Mini-ITX – hoewel de Pi de voorkeursbasis blijft.

ERPIHAT01 HAT-bord

Volgens de RPi HAT-specificatie, introduceerden we de FirePick Delta HAT (ERPIHAT01), een mezzanine-bord dat de mogelijkheden van de Pi uitbreidt zonder rommel.

• Biedt een 16×2 karakter-LCD-connector bedraad naar de Raspberry Pi GPIO.
• Bevat connectors voor een rotary encoder, drukknopschakelaar (met LED), en een 12 V→5 V step-down-voeding naar de Pi.
• Pass-through-connector voor de Raspberry Pi-cameramodule, wat uitbreiding naar de delta-eind-effector toestaat.
• Uitgerust met een piezo-buzzer aangedreven vanaf de Pi's enkele PWM-pin, goedkoper dan het gebruik van de audio-jack.
• Volgens de HAT-spec, voorziet de vereiste EEPROM-chip en +5 V back-feed-bescherming, wat voeding via GPIO in plaats van de micro-USB-poort mogelijk maakt.

Voor meer detail: Een projectlog voor FirePick Delta, de Open Source MicroFactory