Juan González Gómez, Estanislao Aguayo y Eduardo Boemo

Escuela Politécnica Superior

Universidad 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

Introducción

Mecánica

Locomoción

Controlador

Implementación en FPGA

Conclusiones

Índice

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

Introducción (II)

Ejemplo de reconfiguración en Polybot (G2)

Rueda

Ápodo

Cuadrúpedo

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 codiseño

hardware/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

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

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.

Mecánica (II)

Modelo 3D de los módulos (Blender)

2 módulos en fase

2 módulos desfasados

Mecánica (III)

Cube Revolutions: Unión de los 8 módulos en cadena

Electrónica y alimentación fuera del gusano

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 t1

Instante t2

Instante 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

Locomoción(II)

Generación automática de la tabla de control:

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

Locomoción(IV)

A partir del tipo de onda, amplitud y longitud de onda, se consiguen secuencias de movimiento diferentes

Controlador de Locomoción

Tabla de control

PWM

Generador

Parámetros

de la onda

Servo 8

Servo 1

Software

Hardware

(MicroBlaze)

Spartan IIE400

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

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

Trabajo futuro

Generación de tablas de control mediante algoritmos genéticos

Movimiento en un plano

Nueva generacion de modulos, cada uno con su propia FPGA

Juan González Gómez, Estanislao Aguayo y Eduardo Boemo

Escuela Politécnica Superior

Universidad Autónoma de Madrid

Locomoción de un Robot Ápodo Modular con el Procesador MicroBlaze

IV Jornadas sobre Computación Reconfigurable y Aplicaciones, JCRA.

Universidad Autónoma de Barcelona, Septiembre 2004

2003-04-25T18:22:37