Journal du projet FirePick Delta : Construire une MicroFactory open-source avec OpenPnP

Topologie logicielle et théorie de fonctionnement

OpenPnP sert de moteur de contrôle de haut niveau, orchestrant des tâches telles que la prise et le placement de composants. Son architecture intègre de nombreuses bibliothèques et sous-systèmes, acheminant les données vers les contrôleurs de moteurs via des modules dédiés. Créé par Jason von Nieda avant le projet FirePick Delta, OpenPnP est encore en alpha mais s'est avéré fiable sur plusieurs machines de production. Nous avons maintenant étendu sa documentation pour apporter une transparence totale à la communauté.

Les modules Java référencés par les icônes JAR peuvent être échangés ou étendus pour adapter les configurations de machines. Chaque module – sauf les modèles de configuration – peut être spécifié dans machine.xml. Même sans expérience Java, l'approche déclarative vous permet de pointer vers des fichiers .java, dictant l'instanciation des classes et leur comportement, ce qui maintient la base de code modulaire et maintenable. OpenPnP est livré avec des fichiers de référence pour une configuration vanilla de pick-and-place utilisant le contrôle de mouvement TinyG, une seule tête, buse, actionneur, alimentation par bande traînée et une caméra orientée vers le bas. Nous avons adapté et étendu ces fichiers pour prendre en charge les fonctionnalités avancées requises par FirePick Delta.

Pilote de mouvement : Notre carte de contrôle de mouvement personnalisée, inspirée de RepRap RAMPS 1.4 et Melzi, exécute un firmware Marlin forké. Un pilote Marlin OpenPnP traduit les commandes cartésiennes en G-code pour la carte. Bien que fonctionnel, le déchargement des mathématiques delta et des corrections de palpage Z vers le Pi offre une précision et une vitesse supérieures. FireFUSE comble le fossé, convertissant les coordonnées cartésiennes en espace delta, appliquant les décalages d'étalonnage et relayant le G-code corrigé à Marlin. La seule exigence pour qu'OpenPnP parle à FireFUSE est un pilote compatible, actuellement en développement.

Pilote caméra et Vision Framework : Le support natif de caméra d'OpenPnP était à la traîne par rapport à la caméra Raspberry Pi 5 mégapixels. Karl Lew a résolu ce problème avec FireSight, une bibliothèque de vision open-source construite sur OpenCV. Elle expose une API de pipeline de haut niveau, simplifiant le traitement d'image complexe sans connaissances approfondies en C++. FirePiCam, un wrapper raspistill personnalisé, capture les images directement vers le système de fichiers FUSE, préservant la durée de vie de la carte SD. La bibliothèque Java firerest-client renvoie ensuite ces images à OpenPnP pour la vision en temps réel.

GUI : L'interface graphique fournie avec OpenPnP est limitée et difficile à intégrer dans les flux de travail modernes. Nous développons une interface web basée sur Node.js, Express, AngularJS et Bootstrap, qui peut s'exécuter sur n'importe quel navigateur compatible HTML5. Un pont node-java permet l'invocation transparente des API Java principales d'OpenPnP depuis JavaScript, contournant l'interface graphique legacy tout en conservant le contrôle total de la machine.

Topologie matérielle et théorie de fonctionnement

Notre contrôleur principal est un Raspberry Pi Modèle B+, choisi pour son rapport coût-efficacité et ses nombreux en-têtes GPIO. Bien que le Broadcom 2835 soit modeste, il gère de manière fiable la vision par ordinateur et les services web dans nos contraintes budgétaires. Nous avons conçu le système pour être portable sur d'autres SBC – BeagleBone Black, Allwinner A4, Intel Galileo ou Mini-ITX – bien que le Pi reste la base de référence privilégiée.

Carte HAT ERPIHAT01

Suivant la spécification HAT RPi, nous avons introduit le FirePick Delta HAT (ERPIHAT01), une carte mezzanine qui étend les capacités du Pi sans encombrement.

• Fournit un connecteur LCD 16×2 caractères câblé sur le GPIO du Raspberry Pi.
• Inclut des connecteurs pour un encodeur rotatif, un interrupteur poussoir (avec LED) et une alimentation 12 V→5 V vers le Pi.
• Connecteur pass-through pour le module caméra Raspberry Pi, permettant l'extension vers l'effecteur final delta.
• Équipe un buzzer piézo piloté depuis la broche PWM unique du Pi, moins cher que l'utilisation de la prise audio.
• Conformément à la spécification HAT, fournit la puce EEPROM requise et la protection contre le retour de +5 V, permettant l'alimentation via GPIO au lieu du port micro-USB.

Pour plus de détails : Journal de projet pour FirePick Delta, la MicroFactory Open Source