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Juan González Gómez, Estanislao Aguayo y Eduardo Boemo
Escuela Politécnica SuperiorUniversidad Autónoma de Madrid
IV Jornadas sobre Computación Reconfigurable y Aplicaciones, JCRA. Universidad Autónoma de Barcelona, Septiembre 2004
Locomoción de un Robot Ápodo Modular
con el Procesador MicroBlaze
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1. Introducción
2. Mecánica
3. Locomoción
4. Controlador
5. Implementación en FPGA
6. Conclusiones
Índice
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Introducción (I)
● Robótica Modular Reconfigurable:
● Introducido en 1994 por Mark Yim (Polypod)
● Construcción de robots a partir de módulos sencillos
● Capacidad de unirse y separarse
● Objetivo: Robots que puedan "reconfigurarse físicamente", cambiando su forma para adaptarse a diferentes terrenos
● Polybot
● Desarrollado en el PARC (1997)
● Tercera generación de módulos (G3)
● Cada módulo: PowerPC 555
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Introducción (II)
● Ejemplo de reconfiguración en Polybot (G2)
RuedaÁpodo
Cuadrúpedo
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Introducción (III):Objetivos
Estudiar la viabilidad de utilizar FPGA's en el campo de la robótica modular reconfigurable, en vez de procesadores convencionales, para diseñar con técnicas de codiseñohardware/software y reconfiguraciones hardware
El objetivo principal de nuestro trabajo es:
Restricciones:● Aplicado a un robot ápodo de 8 módulos● Movimiento en línea recta● No hay reconfiguración dinámica "física" de los módulos
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Introducción (IV)Trabajos previos
● Robot ápodo Cube Reloaded
● Construido a partir de 4 módulos en fase● Estudiadas diferentes alternativas para el hardware de control:
● Utilizando microcontroladores (6811, PIC16F876)
● Utilizando FPGAs (JCRA 2003)
● Robot ápodo Cube Revolutions
● 8 módulos en fase
● Nuevas formas de locomoción
● Controlado con el MicroBlaze
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Mecánica (I): Módulos Y1
● Módulos Y1● Basados en los realizados por Mark Yim para la primera generación de Polybot● Se utilizan servos del tipo Futaba 3003● No tiene sensores● Rango de giro de 180 grados.
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Mecánica (II)
● Modelo 3D de los módulos (Blender)
2 módulos en fase 2 módulos desfasados
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Mecánica (III)
● Cube Revolutions: Unión de los 8 módulos en cadena● Electrónica y alimentación fuera del gusano
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Locomoción(I)
[-19 -9 24 -4 -22 17 12 -18 ]
[-17 -14 21 4 -25 11 19 -15 ][-12 -20 18 11 -25 3 23 -7 ]
. .
[21 0 -23 12 17 -21 -6 22 ]
[19 9 -24 4 22 -17 -12 18 ]
Instante t1Instante t2Instante t2
.
.
.
Instante tn
Tabla de control
● Cada fila de la tabla de control contiene las posiciones de las articulaciones en un instante
1 2 3 4 5 6 7 8
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Locomoción(II)
● Generación automática de la tabla de control:
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Locomoción(III)
● RESULTADO: Conseguirmos la tabla de control que hace que el gusano avance● La evolución de los ángulos es la siguiente:
● Cambiando la onda empleada, se consigue un tipo de locomoción diferente
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Locomoción(IV)
● A partir del tipo de onda, amplitud y longitud de onda, se consiguen secuencias de movimiento diferentes
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Controlador de Locomoción
Tabla de control
PWMGenerador
Parámetrosde la onda
Servo 8
Servo 1
Software Hardware(MicroBlaze)
Spartan IIE400
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Implementación en FPGA
● Placa de Van Microsistemas:
● Spartan IIE400
● 2MB SRAM
● 4MB Flash
● Area Utilizada: 56%
● Frecuencia: 50MHz
● Controlador de locomoción cargado en memoria externa
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Conclusiones
● Prototipo de robot ápodo que avanza en línea recta
● Se usan tablas de control que se generan automáticamente a partir de los parámetros de la onda
● Controlador de locomoción implementando en FPGA
● Parte software en el Microblaze
● Core hardware(VHDL) para el control de servos
Plataforma muy versatil para investigar en robotica modular reconfigurable
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Trabajo futuro
● Generación de tablas de control mediante algoritmos genéticos● Movimiento en un plano● Nueva generacion de modulos, cada uno con su propia FPGA
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Juan González Gómez, Estanislao Aguayo y Eduardo Boemo
Escuela Politécnica SuperiorUniversidad Autónoma de Madrid
Locomoción de un Robot Ápodo Modular
con el Procesador MicroBlaze
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