Pipettin' GRBL¶

Sitio en construcción!

Pipetting robotware for laboratory protocol automation.

Repositorio del proyecto:

V1.0 (público): https://github.com/naikymen/pipettin-grbl-alpha
Devel repo (private): https://github.com/naikymen/pipettin-grbl-devel

Antecedentes:

Opentrons OT-2.
Hamilton liquid handling robots.
farm.bot Open-Source CNC Farming.
Alexander Klenov's McQ:
- http://pipettejockey.com/2018/01/03/making-a-opentrons-compatible-liquid-handling-robot/
- https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.12.02.20242628v1
DerAndere's Pipetbot-A8 (gitlab repo here).
Nuestro CNC: proyectos/diy/cnc
FrescoM: https://github.com/frescolabs/FrescoM
Cellerator:
- https://hackaday.com/2020/08/17/cellerator-wants-to-be-your-automated-desktop-biotech-lab/
- https://hackaday.io/project/173672-cellerator-biological-computer

Este proyecto recicló el "dremel" CNC, para automatizar protocolos de laboratorio.

El cerebro es un Raspberry Pi 4, que controlará al GRBL 1.1h de un Arduino Uno con CNC Shield 3.0.

En un principio pensé en usar un servo para accionar la pipeta o una jeringa, pero el servo que tengo es bastante malo (y los buenos son caros). La solución fue la pipeta-stepper.

Hardware¶

Overview¶

Ver repo.

Demo (viejo):

Video: https://www.youtube.com/watch?v=WrDb-vIC0Ww

Conceptual¶

Eyección de tips¶

Mecanismos para Tool-change¶

Con eso nos vendria re bien una mano :)

Por ahora solo tenemos una herramienta, pero en el roadmap la version 2.0 del robot puede cambiar de herramienta (i.e. usar otras pipetas, etc.).

Electronica¶

Interacción RPi-Arduino¶

Este circuito usamos para que el RPi pueda resetear al Arduino/GRBL.

Además se muestran las conexiones del RPi al stepper driver de la pipeta, que es independiente de GRBL, y se controla con la libreria pigpio.

Ver: https://www.circuit-diagram.org/editor/c/a87956cfae944411bb0baafdb4f1fc90

GCODE Sender¶

El plan es hacer un "standard pipetting language" a partir de la UI.

Las funciones de python deberian parsear ese lenguaje con un switch case y usar las funciones constructoras de GCODE que correspondan a cada comando de ese lenguaje.

Python¶

Formas de mandar GCODE a GRBL desde Python.

grbl-link: https://pypi.org/project/grbl-link/
gerbil (quizas no ande con 1.1h): https://github.com/michaelfranzl/gerbil
Script de GRBL: https://github.com/gnea/grbl/blob/master/doc/script/simple_stream.py
https://github.com/gnea/grbl/wiki/Grbl-v1.1-Interface

Adaptado a Python 3.8 usando el paquete pyserial.

#!/usr/bin/python3

import serial as serial
import time

# Open grbl serial port
s = serial.Serial('/dev/tty.usbmodem1811', 115200)

# Open g-code file
f = open('grbl.gcode', 'r')

# Wake up grbl
s.write("\r\n\r\n")
time.sleep(2)   # Wait for grbl to initialize 
s.flushInput()  # Flush startup text in serial input

# Stream g-code to grbl
for line in f:
    l = line.strip()  # Strip all EOL characters for consistency
    print('Sending: ' + l)
    s.write(l + '\n')  # Send g-code block to grbl
    grbl_out = s.readline()  # Wait for grbl response with carriage return
    print(' : ' + grbl_out.strip())

# Wait here until grbl is finished to close serial port and file.
input("  Press <Enter> to exit and disable grbl.")

# Close file and serial port
f.close()
s.close()

El GRBL se reinicia cara vez que Python se conecta¶

Ver: https://github.com/gnea/grbl/issues/160

Problema: si quiero generar y enviar codigo de forma dinamica, es decir generar GCODE on the go, necesito mantener abierto el serial o bien abrir y cerrar cada vez. Decidi que por ahora es mas facil abrirlo y cerrarlo que mantenerlo abierto.

Solucion: poner un capacitor de 10 uF entre reset y ground (reset es el emergency stop en el CNC shield 3.0).

Tambien intente poner serial.drt = None como sugieren por ahi, pero no me ayudo.

Calibración del espacio de trabajo¶

UGS¶

Reemplazado por la función "go to" en la GUI

Quizas con un joystick, usando UGS: https://github.com/winder/Universal-G-Code-Sender/wiki/Raspberry-Pi

Habilitar X11 forwarding y conectarse usando ssh -X.

cd
mkdir ugs
cd ugs
wget https://ugs.jfrog.io/ugs/UGS/nightly/ugs-platform-app-2.0-SNAPSHOT-pi.tar.gz
tar -xvf ugs-platform-app-2.0-SNAPSHOT-pi.tar.gz
./ugsplatform-pi/bin/ugsplatform

XY¶

Opciones:

Una hoja de papel con donde tienen que ir las platforms, que se genere desde la GUI.
El robot podría usar un marcador para dibujar en la mesa los lugares donde espera las platforms.
Y/o sockets impresos en 3D para apoyar cada platform.

Z¶

Opciones:

GRBL probe:
- proyectos/diy/cnc
- http://linuxcnc.org/docs/html/gcode/g-code.html
Sensor de fuerza:
- Electrónico https://articulo.mercadolibre.com.ar/MLA-754936346-sensor-de-fuerza-de-05-de-diametro-_JM
- Mecánico con un end-stop.

Probing¶

Comando 38.X: http://linuxcnc.org/docs/html/gcode/g-code.html#gcode:g38

...

Propuesta "end-stop" reverso¶

Reemplazado por el "tip probe"

Un "end-stop" reverso, para saber cuando la pipeta está haciendo fuerza contra el piso.

Ver: https://www.youtube.com/watch?v=9yjT9ZjxFFE&feature=youtu.be

P¶

Work in progress

Balanza analítica.

Los volúmenes menores a 20 uL son difíciles de pipetear con los tips de p200.

Lo más probable es que sea por capilaridad.

Este es el mejor resultado hasta ahora, en un protocolo de pipeteo seriado:

Se ve el error sitemático de +0.5 uL en los primeros 3 puntos, y el error sistemático de -1 uL en el último punto (cuando el volumen que queda en el tip es mínimo).

Joystick¶

No estaria mal poder programar protocolos con un joystick.

GRBL Jog: https://github.com/gnea/grbl/wiki/Grbl-v1.1-Jogging

grbl-gamepad¶

https://github.com/DariusMontez/grbl_gamepad/blob/master/grbl_gamepad/jog_controller.py
- https://github.com/DariusMontez/gamepad
- https://github.com/DariusMontez/easy_vector

Ver tambien¶

https://www.hackster.io/devicehive/cnc-controller-in-python-e6e020

Casos de uso¶

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