Modern Mühendislikte Açık Kaynak Donanımı Vakfı

Açık kaynak donanımı, tam tasarım dosyalarının nasıl tasarlandığı, rezerve edilmiş, izin verilen lisanslar ve hobi uzmanlarının, patentlerin veya lisans ücretlerinin arkasındaki temel tasarımlardan farklı olarak, açık kaynak donanımlarının tam tasarım dosyalarına – tahtalar, malzeme faturaları ve kaynak kod- izinsiz lisanslar altında – mühendislere, araştırmacılara ve hobilere izin veriyor.

Felsefe açık kaynak yazılım devrimi paraleldir, ancak başlangıç ve eğitim kurumları için somut kısıtlamalarla karşı karşıyadır, tekerlek gibi sofistike platformlar inşa etmelerine izin verir.CERN Open Hardware Lisans ), üretim yetenekleri olan herkes, en iyi bilinen örneklerdir, ancak ekosistem şimdi bir şekilde kontrol edilen motorlar, Arduino ve tek kişilik bilgisayarları kullanarak, hassas bir şekilde kontrol eder.

Lisanslamanın kritik olduğunu anlamak. Major open-source Hardware lisansları, atamet olmadan özel olarak muhafaza edilen ekosistemi korumak için, diğerlerinin iş üzerinde nasıl inşa edebileceğini belirleme konusunda daha erken bilgi edinmek, açık bir donanım sırasında bile stratejik bir karar vermek gerekir - FreeRTOS gibi gerçek zamanlı işletim sistemlerinde inşa edilen - tam zamanlı işletim sistemlerinden inşa edilen - tüm kontrol algoritmaları ve sensör füzyonu sağlar.

Tedarik zinciri şeffaflığı başka bir avantajdır. Açık kaynaklı projeler her bileşeni, alternatifler ve tedarik seçenekleri dahil olmak üzere belgelemektedir. Bu granularite, yerel stoklara dayanan mühendislere tasarımları, yol süreleri veya düzenlemelere göre uyarabilmelerini sağlar. Belirli bir kısım eski gittiğinde, açık tasarım kolay altkuru ve geçerlilik sağlar.

Ekosistem ayrıca modülerliği de teşvik eder. Birçok proje standart form faktörleri, pinouts ve iletişim protokolleri (I2C, CAN otobüs), farklı katkıda bulunan bileşenlerin karıştırılmasına ve eşlemesine izin verir. Bu, entegrasyon riskini azaltır ve takımların tek bir satıcıya kilitlenmeden daha iyi ayarlı çözümleri birleştirebilmelerini sağlar.

Open-Kaynak Donanımı Mechatronics Innovation için bir katalizör

Mechatronics inovasyonu disiplin kesişimlerinde geliştirir. Geleneksel ürün tasarımı genellikle NDAs gerektiren özel bileşenlerle başlar ve elektronik tasarım sınırlı dokümantasyonla beklenmiyor ve yazılım ekipleri hemen hemen hemen hemen hemen her türlü işlevsel bir kanıt-konsepsiyonunu bir araya getirebilir.

Maliyet yapısı da güçlü bir rol oynar. Açık tasarımlar lisans ücretlerini ortadan kaldırır ve birden fazla üretici tarafından hacim üretimine izin verir, genellikle daha fazla özelleştirmeye yönelik tüm teknolojileri geri beslemeye yönelik olarak, açık kaynaklı bir motor sürücüsü kullanarak, 444 °T:0)ODrive) veya SimpleFOC, daha büyük bir özelleştirme ile maliyeti azaltır.

Topluluk desteği, alttan çıkarıcıdır. Açık kaynaklı bileşenler forumlarla, Discord sunucularıyla gelir ve GitHub repositories'i kullanın.Bir mühendis zamanlama otobüsü vurduğunda, şans zaten çözmüş.Bu kolektif problem çözme azalır ve sürekli bir ara gözden geçirme sağlar: tasarım kusurları kapalı şirket ortamından daha hızlı bir şekilde yanılır, çünkü testleyici tabanlar kullanıcı topluluğu ile ölçeklenir.

Gelişmiş Mechatronics Platformlara Erişimin Demokratikleştirilmesi

Profesyonel sınıf geliştirme araçlarına erişim, kurumsal bütçeler tarafından bir kez kapılandı. Açık kaynaklı donanım, bariyeri azalttı. Yüksek okul robotları kulübü, ticari ürünlerde kullanılan aynı ARM Cortex-M mikrokontrolörleri dağıtabilir, Arduino IDE veya PlatformIO ile programlamak. Öğrenciler, sensör entegrasyonunda el-on deneyimi ile üniversitelere girerler, PID ayar ve iletişim protokolleri, açık, modüler terimler hakkında düşünen mühendisler için bir boru hattı inşa edebilir.

Özel platformlar bu demokratikleşmeyi gösteriyor. Arduino, bir EE uzmanı görevinden, mekanik tasarımcılar ve yazılım geliştiricileri için yaratıcı bir ortağa dönüştürdü. Raspberry Pi, Linux, bilgisayar vizyonu ve ağ küçük bir yönetim kuruluna, daha yakın zamanda, açık FPGA tahtaları gibi küçük bir motor kontrol cihazı getirdi.

Etki araştırmaya devam ediyor. Akademik makaleler giderek daha açık kaynaklama için mechatronics for Scientific enstrümanasyon sağlar. Otomatik mikroscopy aşamalar, mikrofluidic kontroller ve açık donanım üzerine inşa edilen tarımsal robotlar, özel ekipman sunamayacağına izin verir.Bir grup bir çekper algoritmasını yayınlarken, açık bir referans tasarımını sağlar ve diğer laboratuvarları tekrarlayabilir ve işi geliştirebilir.

Yardımcı teknolojide, e-NABLE gibi projeler, servoları, güç sensörlerini ve batarya yönetimini entegre eden açık kaynak 3D-printed prosthetics sağlar. Bu tasarımlar, aylarca cihazlara özel olarak ve yerelleştirilmiş olabilir, aylar yerine cihazlar teslim edebilir.

Açık Tasarım ve İmalat ile Maliyet-Effectiveness

Ekonomi sıfır lisans ücretlerinin ötesine geçer. Açık tasarımlarla, birden çok kumaşçı tahta üretebilir, rekabetçi fiyat ve coğrafi dağıtım oluşturabilir. Şirketler, hackerspaces ve üniversiteler yerel üreticilerden aynı Gerber dosyaları kullanarak PCB'leri sipariş edebilir, daha düşük nakliye maliyetleri ve bina tedarik esnekliğini sağlayabilir. Özel motorlar veya sensör tahtaları için, açık bir tasarımdan bir hafta içinde bir PCB'yi dönüştürerek stratejik bir avantajdır.

Paylaşılan tedarik maliyetlerin aşağı bileşeninin maliyeti. Tanık projeler genellikle topluluk grubu, fiyat kontrolleri ve konektörleri elde eden bir grup satın alır. Ek olarak, açık referans tasarımları uyumluluk test maliyetlerini azaltır. Bir başlangıç orijinal tasarımcının EMC test raporlarını referans alabilir ve topluluk tarafından yapılan bir düzen uygulamaları kullanabilir, sertifikayı tasarruf eder.

Toplam mülkiyet maliyeti de azalır. Kapsamlı belge ve standart parçalar basit bir şekilde tamir edilebilir - kullanıcılar, özel bir kontrol kartına sahip olmak yerine hasarlı bir mikro kontrol cihazı değiştirebilir. Bu sürdürülebilirlik tarım robotları ve endüstriyel otomasyonda önemli.

Alet maliyetleri de daha düşük. Tasarım dosyaları genellikle KiCad gibi ücretsiz EDA araçları ile uyumlu formatlarda, pahalı yazılım lisanslarını ortadan kaldırmak. Küçük takımlar kaliteli ve inovasyon hızı üzerinde daha büyük organizasyonlarla rekabet edebilir.

Community Cooperation as an Innovation Engine

İşbirliği birden çok seviyede çalışır. Contributors, şematik'i geliştirmek için istekler gönderir, gürültüyü azaltır veya güç tüketimini optimize eder. Şirketware geliştiricileri, yeni sensörler ve eylemciler için destek ekler. Mekanik mühendisler 3D-printable recoverys. Örneğin, SimpleFOC, drone inşaatçılarından geri bildirimleri birleştirir, robotik kol tasarımcıları ve EV meraklıları, ticari teklifleri sunan sağlam bir alan odaklı kontrol çözümü üretir.

Toplum odaklı eğitim, etkiyi genişletir. mphs, videolar ve online kurslar, açık platformlarda inşa edilen öğrenme eğrisini azaltır. Bir öğrenci açık robot kitinde bulunan ve donanım tinkerers arasındaki alternatif fikirlere katılırken, aynı ekosisteme katılırlar. Öğrenme ve üretim arasındaki sınır bulanıklaşır, akademik projeden prototipe geçişini kiralar.

Bu işbirliği ayrıca, şaşırtıcı olmayan uygulamalar da yüzeylere sahiptir. A drone yüksek sensör deniz biyolojisi için yeniden kullanılabilir veya animatronics için uyarlanmış prosthetic kontrolörleri için uyarlanabilir. Off-label yeni pazar nişleri yaratır, daha fazla katkıda bulunamaz.

Mechatronics'te Open-Kaynak Donanımının Temel Örnekleri

Birkaç proje şimdi mechatronics inovasyonunun arka kemiğini oluşturur. Birlikte kontrol etmek için tam bir yığın içeren modüler bir araçta yer almaktadır.

  • [FONT:0)Arduino Boards:[Dönetici: [Dönetici:0]Arduino Boards:[Dönetici: Centa serisine kadar, Arduino hızlı prototipleme go-to. onun soyutlama katmanı hala düşük seviyeli kayıt erişimine izin veriyor. Motor kontrolü, GPS ve kablosuz bir öğleden sonra işlevsel bir robot beynine izin veriyor.
  • [FONT=0)Raspberry Pi:[Dönetici ile Pişman Modül 4 açık endüstriyel kontrolörler ve vizyon kılavuz robot kollarında görünüyor. Pre-installed ROS, OpenCV ve Python kütüphaneleri bilgisayar vizyonu açık hale getiriyor.
  • [FOC:0)Açık Motor kontrolörleri: [Döneticileri: ODrive, VESC ve BasitFOC, hassas hareket için açık donanım ve donanım sağlar. ODrive mutlak kodlayıcılarla tork kontrolü üstlenir; VESC güçler elektrikli patenboardlar ve şimdi robotlar; BasitFOC çeşitli MCU'lar üzerinde sahaya yönelik kontrol sağlar.
  • [FONT:0) Açık Sensörler ve Akıcılar: [DDDDDD-printed cycloidal dişliler, ToF sensörleri için Breakout panjurlar ve EMG sensörleri giderek daha açık. OpenBCI, EEG ve biyoamplifiers for prosthetic arabirimleri için açık sunuyor. 3D-printed cycloidal dişliler özel eylemci profillerine izin veriyor.

Thor açık insanoid robot ve FarmBot açık donanım gibi komple sistemler, yüksek çözünürlükte kullanım için eğitimin ötesine geçebilir. Thor CAD, elektronik ve ROS paketlerini ticari maliyetle iki katına çıkarmak için paketler yayınlar. FarmBot, hassas tarım için tespit ettiğimiz CNC hareketi birleştirir.

Meydanlar ve Sorumlu Kabul

Mühendisler çukurları dolaşmalıdır. Kalite ve güvenilirlik değişir; bir blog-post tasarımı, endüstri kullanımı için gerekli olan ESD koruması veya termal yönetimin eksikliği olabilir. Rigorous validasyon, açık bir yönetime güvenlik-kritik sistemlere entegre etmeden önce gereklidir. Tasarım erişimine izin veren aynı açıklık, mühendislere denetim ve korumaları ekleme imkanı sağlar.

Tedarik zinciri istikrarı, bir tasarım bir distribütörden tek bir çipe sahip olduğunda risk olabilir.Pito-kaynaklantılı parçalar kullanarak genel multi-kaynaklı parçalar kullanarak tasarımlar bazen boşluğu zor doldurmaya yol açar.Sustained support başka bir konudur: Gönüllü repository aktivite ve topluluk sağlığı önkoşuldur ve Adafur gibi bazı satıcılar ticari olarak desteklenen versiyonlarına sahiptir.

Fikri mülkiyet uyum konuları. Açık donanım lisansları, CE ve FCC gibi yükümlülükleri taşır; Tümleştirmeler son sistemler için açık bir modüle sahip olmalıdır.

Versiyon kontrolü, yazılımdan daha donanım için daha zordur. Açık donanım projeleri revizyon izleme ve geçiş kılavuzları ile mücadele edebilir. Mühendisler bir projenin açık değişimlogları ve revizyon histories sağladığını doğrulamalıdır.

Open-Kaynak Software ve Firmaware Ecosystems ile entegrasyon

Açık yazılımlarla açık kaynak donanım çiftleri açık bir şekilde ortaya çıkıyor. mechatronics, theETHFLT:0)Robot İşletim Sistemi (ROS)), açık platformlar için aktif sürücülerle, bir sensör kuruludur.

Açık bilgisayar, önyükleme ve periferik kütüphaneler için kaynak sağlayarak, mühendisler, latencies'ları, özel protokolleri optimize edebilir ve güvenlik katmanları ekleyin. Örneğin, açık bir fırçasız DC kontrol, tuzaktan sinüsoidal kompresyona veya eklemeye olanak sağlar. perrietary sürücüler ticaret sırları olarak içleri optimize edebilir, bu derin özelleştirmeyi engeller.

Açık simülasyon araçları tasarım sürecini geliştirir. Mechatronics mühendisleri açık fizik motorlarını ve donanım-in-top çerçevelerini açık donanımla birlikte kullanabilir. Kontrol algoritmalarının Sanal doğrulama maliyetlerini azaltır.Gazebo gibi projeler dijital ikiz iş akışları için özel açık donanım platformlarını destekler.

Future Perspectives ve Road Ahead

Açık kaynak donanımı dijital üretim ve kenar hesaplaması tarafından yönlendirilen yeni bir aşamaya giriyor. Online PCB hizmetleri, herhangi bir belgeyi hemen hemen yazılım olarak tasarlar. 3D baskı ile birlikte, mechatronics tasarım döngüsü günlerine sıkıştırıyor.Bu fiziksel iterasyon aynaları çevik yazılımlar.

Yapay zeka açık tasarımlar üretecek ve optimize edecek. Açık şematik üzerinde eğitilmiş makine öğrenme modelleri, alt kurumlar, bayrak düzeni sorunları ve otomatik yönetim kuruluları. Açık veri setleri mechatronics başarısızlıkları düşük maliyetli açık tahtalarda çalışan tahmin edici bakım modelleri. Açık donanım ve açık AI arasındaki sınır açık donanım ve açık AI bulanıkları açık lisanslar altında görünür.

Eğitim entegrasyonları, üniversiteler standart müfredat olarak açık donanım olarak derinleştirecektir. Akreditasyon, güvenilir ortak kontrolörler ve interoperable sensör ağları için açık standartları tanıyabilir. Endüstri Konsiyonu ortak bina blokları için ortak tasarımlara benzer şekilde ortak tasarımlara sahip olabilir.

Tedarik zinciri dayanıklılığı daha fazla kabul edilecektir. Son kesintiler, özel tek kaynak zincirlerinin kırılganlığını açığa çıkarır. Açık tasarımlar alternatifleri belgeliyor ve esnek kaynak, bir koruma sağlıyor. Hükümetler ve savunma kuruluşları, teknolojik egemenlik için stratejik bir varlık olarak açık donanıma sahipler, kritik mechatronics altyapısı finanse ediyor.

Açık kaynak donanım aracılığıyla mechatronics'in demokratikleşmesi, sadece üretime ve üretime erişim anlamına gelmez.Bu, yardımcı robotlar, sürdürülebilir tarım makineleri, kullanıcı ve tasarımcı erodes arasındaki çizgi, büyük şirketler için beklemeden ihtiyaç duyan küresel bir kültüre sahip olmak, küresel bir ölçekten gelen donanımlara erişimin daha hızlı bir şekilde geliştirilmesini temsil eder.