FirePick Delta 的项目日志，开源微工厂

软件拓扑和运行原理

OpenPnP 是机器的高级大脑，它​​执行看似简单的事情，例如“拿起那个部分”和“把它放在那里”。许多库和子系统向它提供信息，它通过其他库和软件模块将信息传递给各种电机和执行器。它是由 Jason von Nieda 创建的，早在 FirePick Delta 开始之前。它在技术上仍处于 alpha 状态，但底层软件是可靠的，并已在多台生产机器上使用。虽然它写得很好，并且非常模块化和可扩展，但文档并不好......直到现在。本着开源和完全公开的精神，我们决定自己记录 OpenPnP。希望我们将所有这些都推回官方项目。

上面显示的 Java 文件（“JAR”图标）可以被替换或用作基类，用于提出您自己的机器配置。上面的每个 Java 文件（配置模型除外）都可以在“machine.xml”文件中指定。如果您不熟悉 Java，这可能看起来很奇怪，但它确实很简洁。这意味着您可以指定一堆 .java 文件的路径，这将决定哪些类被实例化和使用，从而改变行为。它使代码真正干净和模块化，这对于像拾取和放置机器这样复杂的东西很重要。 OpenPnP 附带一组参考文件，用于使用 TinyG 运动控制、单头、单喷嘴和致动器、拖带馈送和向下看的相机的普通 PnP 实现。我们修改了很多东西，让它做我们需要的所有疯狂的事情。

运动驱动： 我们使用了一个定制的运动控制器板，它的灵感来自 RepRap RAMPS 1.4 和 Melzi 板，它运行修改过的 Marlin 固件。我编写了一个 OpenPnP Marlin 驱动程序，将正确的 g 代码发送到运动控制器。目前这很有效，但我们发现在内存有限且没有浮点的 8 位 arduino 上进行增量计算和多点 Z 探针校正，当我们拥有所有计算能力时，这似乎有点愚蠢圆周率。此外，我们希望使用相机和自定义 XY 校准应用程序来提高准确性，并且在 Pi 上进行这些计算要容易得多，速度也快得多。但是，此代码不是 OpenPnP 的一部分，因为我们计划在未来提供其他应用程序。这意味着 OpenPnP 不能直接与运动控制器对话，它必须通过一层软件来进行增量计算和 XYZ 校正偏移。我们将所有代码都封装在 FireFUSE（用户空间映射器中的文件系统）中，这使我们可以做很多我们稍后会介绍的整洁的事情。这在大多数情况下是非常透明的； OpenPnP 不是写入‘/dev/ttys0’，而是写入‘/dev/firefuse/sync/cnc/marlin/gcode.fire’。 FireFUSE 会将笛卡尔坐标转换为 delta 坐标，使用机器自动校准过程中的内插点计算误差偏移，并将这个新的 g 代码发送给 Marlin 驱动程序。而且，该代码将是可移植的，可以与 3D 打印应用程序、焊膏分配应用程序等一起使用。让 OpenPnP 与 FireFUSE 通信的唯一需要是 FireFUSE 驱动程序，目前正在编写中。

相机驱动程序和视觉框架 ：OpenPnP 的相机支持有点挑剔，不支持出色的 5 兆像素 Raspberry Pi 相机。他们的计算机视觉是 OpenCV 代码之上的一个薄垫片，它实现了一些非常基本的寻孔功能，但并没有太多其他功能。我们的软件专家 Karl Lew 认为这是一个巨大的问题，并且在过去的一两年时间里一直在编写一个名为 FireSight 的惊人的开源视觉库。他编写了几十个很棒的视觉例程，它们可以组合成一个管道，以一种不需要高级数学或低级 C/C++ 知识的非常高级的方式。对于相机，我们使用了前面提到的 RasPi 相机模块，以及名为 FirePiCam 的“raspistill”的自定义版本。我们拍摄快照图像并将它们保存到 FUSE 文件系统，这样我们就不会磨损 SD 卡闪存中的位。为了让 OpenPnP 能够看到图像并执行计算机视觉操作，Karl 编写了一个名为“firerest-client”的 Java 库，让这一切都能正常工作。

图形界面 ：OpenPnP Java GUI 非常笨重且不直观，在 2014 年，将专用监视器连接到 Raspberry Pi 似乎有点疯狂，也就是物联网的黎明。我们希望用户界面是可以从任何 HTML5 浏览器查看的自定义 Web 应用程序。 OpenPnP 不直接支持此功能，但可以通过一些工作来完成。幸运的是，Jason 编写了 OpenPnP，您可以在其中调用机器和文件配置函数的构造函数，从而绕过 GUI。由于我们在 github 上找到了一些代码，我们可以使用 node-java 桥从 javascript 调用 java 函数，反之亦然，无需太多工作。剩下的就是让我们使用 node.js、Express、AngularJS 和 Twitter Bootstrap 编写一个聪明的 Web 应用程序。我们现在正处于编写该应用程序的开始阶段。同时，我们可以正常运行OpenPNP并使用库存GUI，这允许我们调试机器的其他部分。

硬件拓扑和工作原理

我们使用标准的 Raspberry Pi Model B+。 B+ 是我们一直想要的 RPi；他们将连接器移到更合乎逻辑的位置，并添加了一组真正的安装孔。仍然有蹩脚的缓慢 Broadcom 2835，但 30 美元，您期望什么。我们经常收到这样的问题：“您为什么使用 BeagleBone Black？”或十几台其他单板计算机。答案很简单。我们正在为一台 300 美元的机器拍摄，这意味着我们需要选择一台便宜的单板计算机。 Raspberry Pi 是最便宜的，因此它获胜。 QED。 🙂 实际上，我们非常喜欢 BeagleBone black，以及其他平台，例如 Allwinner A4、Intel Galileo，甚至更传统的设置，例如 Mini ITX。我们所有的软件和硬件都应该在这些平台上运行。但是它们很贵，而且 Raspberry Pi 可以完成工作。

到目前为止，我们实际上对 Pi 的表现感到惊讶。它的点亮速度不快，但可以执行计算机视觉并毫无问题地提供网页。

ERPIHAT01 帽子板

在 Raspberry Pi Model B+ 发布后不久，RPi Foundation 发布了“HAT”规范，该规范与 Arduino Shield 或 BeagleBone 披风非常相似。这是一个定制形状的夹层板，可以定制为树莓派添加整洁的东西，而无需各种电缆和其他废话。在 HAT 之前有插件模块，但它们没有标准化。我们对新的 HAT 规范很满意，并自豪地在下面展示我们的 FirePick Delta HAT：

以下是我们的 FirePick Delta HAT 的功能列表：

• 提供一个 16×2 字符 LCD 连接器，该连接器连接到 Raspberry Pi GPIO 连接器
• 为旋转编码器和按钮开关（带 LED）提供连接器，这些连接器连接到 Raspberry Pi GPIO 连接器
• 为 Raspberry Pi 提供 12V -> 5V 降压开关电源。
• 为 RasPi 摄像头模块提供直通连接器，以便我们可以将摄像头扩展到 delta 机构的末端执行器。
• 提供一个压电蜂鸣器，由 RasPi 的 GPIO 连接器上唯一的 PWM 引脚驱动。这比使用 Pi 的音频插孔便宜。
• 根据官方 HAT 规范，该板在 +5VDC 输入上提供必要的 EEPROM 芯片和反馈保护。由于我们通过 GPIO 连接器供电，因此我们不需要通过微型 USB 连接器供电。

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