Robot móvil controlado por dispositivo lógico programable
En robótica móvil existe gran cantidad de trabajos enfocados a diferentes tareas, entre algunas de estas tenemos, la navegación entre laberintos, la recolección de objetos o el reconocimiento de entornos. En este caso la tarea consiste en desplazarse de un punto a otro en un plano, evadiendo los obs...
- Autores:
-
Díaz Rueda, Juan Sebastián
Rodríguez Quiñonez, Xavier Orlando
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2007
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
- Idioma:
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- Acceso en línea:
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- Palabra clave:
- Robots VHDL (Hardware Description Language)
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En robótica móvil existe gran cantidad de trabajos enfocados a diferentes tareas, entre algunas de estas tenemos, la navegación entre laberintos, la recolección de objetos o el reconocimiento de entornos. En este caso la tarea consiste en desplazarse de un punto a otro en un plano, evadiendo los obstáculos, en caso de que estos existan. Dos características diferencian este trabajo de otros, una de ellas, la ausencia de algún mapa o guía para lograr la trayectoria, ya que solo se tiene los dos puntos identificados por medio de coordenadas cartesianas. La otra característica es la forma de controlar el robot, utilizando un FPGA o arreglo de compuertas lógicas de la marca Xilinx, y perteneciente a la familia Spartan 3E. Este FPGA viene montado en una tarjeta de desarrollo en la cual se conecta a diferentes interfaces y dispositivos, algunos de estos utilizados para el funcionamiento del robot, como lo son: botones, conectores, pantalla LCD, conversor digital-análogo, entre otros. El FPGA es programado utilizando el lenguaje de descripción hardware VHDL, mediante el cual se especifican las funciones que deben realizar los componentes del robot para luego ser sintetizadas en el formato que entiende el FPGA utilizando la herramienta de síntesis proveída con la tarjeta de desarrollo. La implementación de FPGA ofrece la gran ventaja del procesamiento en paralelo. De esta forma se reciben las señales de los sensores e inmediatamente se efectúan las acciones de control sin necesidad de esperar a que terminen otras secuencias. |
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Díaz Rueda, Sebastián, Rodríguez Quiñonez, Xavier Orlando, Chio Cho, Nayibe (2007). Robot móvil controlado por dispositivo lógico programable. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB OLLERO BATURONE, Aníbal. Robótica Manipuladores y robots móviles. Barcelona. Marcombo. 2001. 447 p. 84-267-1313-0. BARRIENTOS, Antonio et all. Fundamentos de robótica. Madrid. McGraw Hill. 1997. 327p. 84-481-0815-9. PARDO, Fernando. BOLUDA, José A. VHDL Lenguaje para síntesis y modelado de circuitos 2ª edición. Madrid. RA-MA. 251 p. 84-7897-595-0. MAXINEZ, David G. ALCALA, Jessica. VHDL El arte de programar sistemas digitales. México, D.F. 352 p. 970-24-0259-X KUO, Benjamín C. Sistemas de control digital. México, D.F. Compañía editorial continental. 1997. 751 p. 968-26-1292-6. Spartan-3E Starter Kit Board User Guide. 2006. 164 p. GONZALEZ, Hernán. JURADO, Javier. Diseño y construcción de un robot móvil guiado por señales moduladas. Bucaramanga. 2005. 162 p. PLATA, Fabio. SERRANO, Raúl. Diseño y construcción de un prototipo de robot móvil teleoperado para inspección visual. Bucaramanga. 2006. 114 p. http://es.wikipedia.org/wiki/FPGA. FPGA http://cfievalladolid2.net/tecno/ctrl_rob/robotica/movil.htm. Robots móviles: diseño |
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En este caso la tarea consiste en desplazarse de un punto a otro en un plano, evadiendo los obstáculos, en caso de que estos existan. Dos características diferencian este trabajo de otros, una de ellas, la ausencia de algún mapa o guía para lograr la trayectoria, ya que solo se tiene los dos puntos identificados por medio de coordenadas cartesianas. La otra característica es la forma de controlar el robot, utilizando un FPGA o arreglo de compuertas lógicas de la marca Xilinx, y perteneciente a la familia Spartan 3E. Este FPGA viene montado en una tarjeta de desarrollo en la cual se conecta a diferentes interfaces y dispositivos, algunos de estos utilizados para el funcionamiento del robot, como lo son: botones, conectores, pantalla LCD, conversor digital-análogo, entre otros. El FPGA es programado utilizando el lenguaje de descripción hardware VHDL, mediante el cual se especifican las funciones que deben realizar los componentes del robot para luego ser sintetizadas en el formato que entiende el FPGA utilizando la herramienta de síntesis proveída con la tarjeta de desarrollo. La implementación de FPGA ofrece la gran ventaja del procesamiento en paralelo. De esta forma se reciben las señales de los sensores e inmediatamente se efectúan las acciones de control sin necesidad de esperar a que terminen otras secuencias.INTROUCCION………………………………….I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA………III OBJETIVOS………………………..V ANTECEDENTES………….......VI 1 MARCO TEORICO………………1 1.1 ROBOT MOVIL……………………1 1.1.1 Locomoción………………1 1.1.2 Modelos cinemáticos……………8 1.2 SENSORES………………12 1.2.1 Sensores de posición…………13 1.2.2 Sensores de proximidad ultrasónicos………14 1.3 ACTUADORES…………………….……16 1.3.1 Motores de corriente continua…………17 1.3.2 Motores paso a paso………………19 1.4 COMPONENTES ELECTRONICOS……………23 1.4.1 Driver analógico para motor TA7291…………………….………24 1.4.2 Driver para motor paso a paso ULN2003…………………….……..……..26 1.4.3 Amplificador operacional…………………26 1.5 FPGA: TARJETA DE DESARROLLO……………29 1.5.1 FPGA…………………….……29 1.5.2 Tarjeta de desarrollo………………32 1.6 VHDL………………….……….35 1.6.1 Unidades de diseño…………………36 1.6.2 Descripción en VHDL…………………….38 1.7 REDES NEURONALES ARTIFICIALES………………39 1.7.1 ¿Qué es una red neuronal? …………41 1.7.2 Modelos de redes neuronales………43 2 DISEÑO MECATRONICO……………………47 2.1 SELECCIÓN Y DISEÑO DE ROBOT………49 2.1.1 Selección de configuración de robot…………………….…………………..49 2.1.2 Movimientos del robot………..50 2.2 DISEÑO MECANICO…………………………52 2.2.1 Selección de motores eléctricos DC…………………….…………………..52 2.2.2 Acople para el motor…………………..55 2.2.3 Análisis de fuerzas y energía………57 2.2.4 Diseño final…………………61 2.3 CONFIGURACION Y CONTROL DE SENSORES Y ACTUADORES………64 2.3.1 Módulo sensor ultrasónico……64 2.3.2 Configuración motor paso a paso…………………….……………………… 2.3.3 Controlador de velocidad para motores DC……………………….……….. 2.4 PROGRAMACION DEL ROBOT…………………….…………………………. 2.4.1 Estructura de las unidades de diseño en VHDL………………………….. 2.4.2 Subrutinas globales…………………….…………………….………………. 2.4.3 Memoria de trayectoria recorrida…………………….……………………… 2.4.4 Sistema de búsqueda de trayectoria…………………….…………………. 2.5 INTERFAZ DE USUARIO…………………….…………………….……..…….. 2.5.1 Dispositivos…………………….…………………….………………………… 2.5.2 Secuencia de operación del robot…………………….…………………….. 3 CONSTRUCCION…………………….…………………….……………………… 3.1 CHASIS…………………….…………………….……………………………….. 3.2 TARJETAS IMPRESAS…………………….…………………….……………… 3.2.1 Tarjeta principal…………………….…………………….…………………… 3.2.2 Tarjeta secundaria…………………….…………98 3.3 TARJETA DE DESARROLLO…………………….……99 3.4 ENSAMBLE FINAL……..…………….………100 CONCLUSION….………………….………102 BIBLIOGRAFIA………………….……104PregradoIn mobile robotics there is a large number of jobs focused on different tasks, among some of these we have, navigation between labyrinths, the collection of objects or the recognition of environments. In this case, the task consists of moving from one point to another on a plane, avoiding obstacles, if they exist. Two characteristics differentiate this work from others, one of them, the absence of a map or guide to achieve the trajectory, since only the two points are identified by means of Cartesian coordinates. The other feature is the way to control the robot, using an FPGA or logic gate arrangement of the Xilinx brand, and belonging to the Spartan 3E family. This FPGA is mounted on a development board in which it is connected to different interfaces and devices, some of these used for the robot's operation, such as: buttons, connectors, LCD screen, digital-analog converter, among others. The FPGA is programmed using the VHDL hardware description language, through which the functions that the robot components must perform are specified and then synthesized in the format understood by the FPGA using the synthesis tool provided with the development card. The FPGA implementation offers the great advantage of parallel processing. In this way, the signals from the sensors are received and control actions are immediately carried out without the need to wait for other sequences to finish.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaRobot móvil controlado por dispositivo lógico programableMobile robot controlled by programmable logic deviceIngeniero MecatrónicoBucaramanga (Colombia)UNAB Campus BucaramangaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPRobots VHDL (Hardware Description Language)Mechatronic EngineeringInvestigationsAnalysisUltrasonic sensorRobots VHDL (Lenguaje de descripción de hardware)Ingeniería mecatrónicaInvestigacionesAnálisisSensor ultrasónicoSecuencia de operaciónDispositivosDíaz Rueda, Sebastián, Rodríguez Quiñonez, Xavier Orlando, Chio Cho, Nayibe (2007). Robot móvil controlado por dispositivo lógico programable. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNABOLLERO BATURONE, Aníbal. Robótica Manipuladores y robots móviles. Barcelona. Marcombo. 2001. 447 p. 84-267-1313-0.BARRIENTOS, Antonio et all. Fundamentos de robótica. Madrid. McGraw Hill. 1997. 327p. 84-481-0815-9.PARDO, Fernando. BOLUDA, José A. VHDL Lenguaje para síntesis y modelado de circuitos 2ª edición. Madrid. RA-MA. 251 p. 84-7897-595-0.MAXINEZ, David G. ALCALA, Jessica. VHDL El arte de programar sistemas digitales. México, D.F. 352 p. 970-24-0259-XKUO, Benjamín C. Sistemas de control digital. México, D.F. Compañía editorial continental. 1997. 751 p. 968-26-1292-6.Spartan-3E Starter Kit Board User Guide. 2006. 164 p.GONZALEZ, Hernán. JURADO, Javier. Diseño y construcción de un robot móvil guiado por señales moduladas. Bucaramanga. 2005. 162 p.PLATA, Fabio. SERRANO, Raúl. Diseño y construcción de un prototipo de robot móvil teleoperado para inspección visual. Bucaramanga. 2006. 114 p.http://es.wikipedia.org/wiki/FPGA. FPGAhttp://cfievalladolid2.net/tecno/ctrl_rob/robotica/movil.htm. Robots móviles: diseñoORIGINAL2007_Tesis_Diaz_Rueda_Juan_Sebastian.pdf2007_Tesis_Diaz_Rueda_Juan_Sebastian.pdfTesisapplication/pdf2080124https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1538/1/2007_Tesis_Diaz_Rueda_Juan_Sebastian.pdf131e040e5e3b55a86b2883eed1e8b435MD51open access2007_Presentacion_Diaz_Rueda_Juan_Sebastian.pdf2007_Presentacion_Diaz_Rueda_Juan_Sebastian.pdfPresentaciónapplication/pdf2188379https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1538/2/2007_Presentacion_Diaz_Rueda_Juan_Sebastian.pdfeb798e932fb2c5b0e2cfa53c61b10752MD52open access2007_Anexos_Diaz_Rueda_Juan_Sebastian.zip2007_Anexos_Diaz_Rueda_Juan_Sebastian.zipAnexosapplication/octet-stream29478170https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1538/3/2007_Anexos_Diaz_Rueda_Juan_Sebastian.zipb1d9c998afd12bd52ec26188d1faa66eMD53open accessTHUMBNAIL2007_Tesis_Diaz_Rueda_Juan_Sebastian.pdf.jpg2007_Tesis_Diaz_Rueda_Juan_Sebastian.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg4821https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1538/4/2007_Tesis_Diaz_Rueda_Juan_Sebastian.pdf.jpg90d83d3af4a3a091ee7f113664b7db88MD54open access2007_Presentacion_Diaz_Rueda_Juan_Sebastian.pdf.jpg2007_Presentacion_Diaz_Rueda_Juan_Sebastian.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10132https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1538/5/2007_Presentacion_Diaz_Rueda_Juan_Sebastian.pdf.jpg7493dc20bbefd6885916c49c699bdb05MD55open access20.500.12749/1538oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/15382024-01-26 09:43:21.994open accessRepositorio Institucional | Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABrepositorio@unab.edu.co |