PigeonitEnglish

Robotika / embedded / systémová integrace2019–současnost

Vývoj HW/FW a robotických systémů pro 3D skenování

Dlouhodobá spolupráce na několika generacích 3D skenovacích systémů, které propojují robotický pohyb, kamery, projekci, osvětlení, řídicí elektroniku a komunikační vrstvu.

Role
Vývoj a integrace vlastního HW/FW, synchronizační elektroniky a robotických aplikací v několika generacích skenovacích zařízení.
Robotické pracoviště pro 3D skenování během vývoje
Jedna z generací robotického pracoviště pro automatizované 3D skenování.

Kontext dlouhodobého vývoje

Nešlo o vývoj jednoho stroje, ale o průběžnou spolupráci na několika generacích zařízení od roku 2019. Jednotlivé sestavy se lišily mechanikou, snímací technikou i způsobem řízení, společným úkolem ale vždy byla spolehlivá koordinace pohybu, obrazu, projekce, osvětlení a dalších periferií.

Řešení proto vznikalo jako vícevrstvý celek: robotické aplikace a bezpečnostní omezení, vlastní synchronizační elektronika a firmware, komunikační rozhraní i serverová vrstva pro konfiguraci, sekvence a diagnostiku. Samotné algoritmy 3D rekonstrukce nebyly součástí této práce.

Realizace a rozsah

01

Robotické systémy

Práce zahrnovala integraci, programování a konfiguraci robotů FANUC LR Mate 200iD/7L pro skenovací aplikace, včetně vazeb na kamery, projektory, osvětlení a další periferie.

Součástí byly bezpečnostní oblasti, no-go zóny a virtuální omezení pohybu. Trajektorie vznikaly v externím softwaru; zde šlo o jejich převzetí a bezpečnou integraci s robotem a zbytkem pracoviště.

02

Skenovací hlavy a periferie

V několika generacích sestav se integrovaly kamery Basler, Sony a Hasselblad, projektory Texas Instruments, řízené osvětlení, polarizace a polohovací periferie.

Úkolem bylo sjednotit rozdílná rozhraní a časování do opakovatelných snímacích sekvencí, nikoli vyvíjet vlastní rekonstrukční algoritmy.

03

Prototypování a oživování

Vývoj doplňovalo rychlé prototypování a příprava podpůrných dílů ve FreeCADu a OpenSCADu s využitím FDM, DLP, CNC laseru a frézování.

Tento postup umožňoval ověřovat uložení elektroniky, kabeláž, rozhraní a servisní přístup při postupném oživování jednotlivých generací.

Skenovací hlavy a periferie

Vývojová sestava skenovací hlavy s kamerami a projekcí
Integrace snímací techniky, projekce a řízených periferií.
Detail další generace sestavy pro 3D skenování
Skenovací sestavy se v průběhu spolupráce měnily podle konkrétní aplikace.

Technické řešení

01

Vlastní elektronika a firmware

Řídicí a synchronizační elektronika postavená zejména na ESP32 obsluhovala I/O kamer a projektorů, světla, polarizaci a další periferie. Firmware v C/C++ zajišťoval časování sekvencí i komunikaci přes USB/COM, TCP/IP, Wi-Fi a podle potřeby DMX.

Součástí práce byl návrh vlastních desek plošných spojů, jejich oživení a propojení s konkrétní generací zařízení.

02

Modulární řízení zařízení

Pozdější architektura rozdělila řízení mezi více ESP32 modulů komunikujících přes Wi-Fi a TCP. Podřízené jednotky Arduino používaly sériové spojení, GRBL nebo vlastní instrukční protokoly.

Podle potřeb konkrétní sestavy se jako podpůrné platformy objevily také Raspberry Pi, NVIDIA Jetson a BeagleBoard.

03

Software a integrační vrstva

Python server a webové konfigurační rozhraní zajišťovaly vyhledání modulů v síti, jejich nastavení, správu a distribuci sekvencí, centrální logování a přehled stavu zařízení.

Tato vrstva propojovala vlastní elektroniku s ostatními částmi systému. Externě vyvíjený simulátor a generátor robotických trajektorií byl pouze integračním vstupem.

Embedded HW/FW a synchronizace

Elektronika a kabeláž skenovacího systému během integrace
Vlastní elektronika synchronizuje kamery, projekci, osvětlení a další periferie.
Řídicí prvky skenovací sestavy při oživování
Rozhraní a řídicí moduly se přizpůsobovaly jednotlivým generacím zařízení.

Vývoj systému v čase

Pozdější generace integrovaného systému pro 3D skenování
Modulární koncepce umožnila další změny sestavy i způsobu řízení.
Skenovací zařízení z pozdější fáze dlouhodobého vývoje
Průběžný vývoj propojoval nové periferie s ověřenou integrační vrstvou.

Výsledek

Postupným vývojem vznikla funkční integrační vrstva použitelná napříč několika generacemi skenovacích zařízení — od řízení jednotlivých periferií až po robotická pracoviště FANUC.

Spolupráce pokračuje na platformě, kterou lze přizpůsobovat dalším konfiguracím kamer, projekce, osvětlení, pohybu a způsobu řízení bez nutnosti stavět každou generaci zcela od začátku.

Související služby

Probrat projekt

Případová studie dlouhodobého vývoje HW/FW a integrace několika generací robotických systémů pro automatizované 3D skenování.

Probrat projekt