PDF superior Control de un robot móvil con FPGA

Además a través de la experimentación se observa que también la aplicación de diferentes tipos de motores sería una mejoría, ya que se podrían adaptar diferentes capacidades desde un robot con mucha precisión controlando servomotores por modulación de ancho de pulso o PWM así como también motores de fuerza o velocidad que se podrían controlar cambian las entradas de señales de control a señales de activación de motores. Con los motores utilizados se obtiene un control mucho más preciso y fino, respecto al giro y velocidad ya que se puede lograr una gran precisión de estos al momento de ejecutar algún movimiento así como también, si se aplica alguna retroalimentación de posición por pequeñas variaciones en el pulso, se pueden hacer movimientos milimétricos a diferencia de los motores DC que generan un impulso el cual puede ser algo mayor al deseado.

Se retomará el diagrama de bloques del sistema de control difuso del capítulo anterior (Figura 3.8) pa aàsuài ple e ta ió àaà i elàha d a e.àá aliza doàelà lo ueà Motor de CD ” , que representa un un motor de CD, tiene acoplado en su rotor una caja reductora de velocidad, y un encoder óptico que permite monitorear la velocidad de rotación del motor y por medio del cual se logra la retroalimentación en lazo cerrado. En la Figura 4.1 se muestra una fotografía del encoder utilizado para el robot móvil montado en el motor de CD. Para determinar la velocidad angular a la que se encuentra rotando la llanta, se hizo uso de sólo un par de sensores (el encoder incluye dos pares de sensores), después, el motor de CD se alimentó con 3 V (el voltaje de alimentación puede ser cualquiera entre su margen de trabajo 0-9 V, ya que la finalidad es medir algún valor de frecuencia a la salida del encoder que se encuentre dentro de estos valores voltaje) obteniéndose como salida una señal cuadrada periódica en osciloscopio con una frecuencia " frec " de 12.86 Hz. Por otro lado la frecuencia del reloj del FPGA (la frecuencia de reloj original " clk original " es de 25.175 MHz) es divida por medio de programación en 10000 partes debido a que la frecuencia original es demasiado alta para nuestro propósito, pudiéndose elegir otro número de partes a dividir. Esta división se realiza implementando la Ecuación 4.1.

El objetivo principal de este proyecto era desarrollar un control a baja velocidad para el robot móvil Rambler. Para ello se comenzó comparando los codificadores angulares instalados recientemente frente a los sensores hall propios de los motores en un banco de pruebas de características similares al vehículo. Tras probar el control con ambos sensores, queda demostrada la mejor respuesta del encoder, ya que los sensores tipo hall muestran picos de velocidad inexistentes al bloquearse la rueda, resultando inviables para velocidades bajas, especialmente en entornos con grandes perturbaciones.

Resumen: Se implementó un robot móvil controlado por medio de señales de electrooculografia (EOG), lo cual es posible por medio de unos electrodos que se sitúan en la parte superior e inferior de los ojos para tomar referencia del movimiento de los mismos, posteriormente esta señal obtenida es procesada por medio de una etapa de amplificación y filtrado, para así conseguir una señal fácil de manipular. Continuando con el proceso, la señal modificada es enviada a un sistema de control para su respectiva acción que depende de la posición del ojo. La comunicación entre los dos sistemas de control a utilizar será inalámbrica, llegando así la orden específica al sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará dicha acción.

En espacios reducidos como los almacenes, clínicas, edificios, se suelen usar vehículos omnidireccionales (Fig. 1.), Para controlar estos móviles omnidireccionales es necesario realizar un modelado matemático del sistema físico (Robot móvil omnidireccional) por lo cual se plantea en este proyecto la realización del modelado cinemático, dinámico y control de un robot Los robots se reirán de nuestra valiente locura -dijo-. Pero algo en sus corazones de hierro anhelará haber vivido y haber muerto como nosotros, cumpliendo nuestra misión como héroes.

Diseño del control de un robot móvil de National Instruments con el neurotransmisor Emotiv EPOC es un proyecto de investigación desarrollado y presentado en la universidad Metropolia University of Applied Sciences (UAS) de Helsinki. Llevado a cabo por un equipo formado por 3 alumnos y el profesor que lo guio, tiene como principal objetivo controlar y dirigir de forma remota un robot móvil de National Instruments (NI) con el neurotransmisor Emotiv EPOC, un casco que es capaz de tratar y procesar señales encefalográficas (EEG) de alta resolución por medio de 14 electrodos que se disponen alrededor de la cabeza y un sensor giroscópico. El robot fue donado a esta universidad por la empresa National Instruments con fines educativos, y en la misma universidad se le añadieron componentes extras tales como un adaptador para la placa de comunicaciones mbed y para el módulo XBee, y efectos de luces LED y sonido.

· Se debe poner énfasis en tener niveles de alimentación de voltaje adecuados e independientes en las etapas de control y de potencia del sistema, si se descuida esto se producen errores en la toma de datos de los encoders, en la velocidad de los motores, en la transferencia de datos hacia la computadora vía bluetooth, en el comportamiento de la FPGA e inclusive mal funcionamiento o destrucción de los elementos empleados en el robot, por ende el sistema no funcionará adecuadamente y el objetivo principal que es el seguimiento de trayectorias no se llevará a cabo. Como un dato en el presente trabajo los niveles de voltaje empleados para el funcionamiento de los componentes varían desde 3,3V utilizados por los encoders, 5V para la FPGA y la antena XBEE y 6V para la alimentación de los motores.

La necesidad de modificar este robot procede del deseo de cambiar el protocolo de comunicaciones empleado entre las placas del mismo. Como se ha explicado en el apartado anterior, el diseño original del robot implicaba comunicación I²C entre las placas del robot. Sin embargo, se detectó tras la fabricación de las mismas que el controlador del módulo I²C de la Raspberry Pi no respeta el estándar de Phillips Semiconductor [11] (Ahora NXP Semiconductor), concretamente la funcionalidad Clock Stretching [12], que permite a un nodo esclavo mantener la línea SCL a nivel bajo obligando al maestro a detener la transmisión de datos hasta que el esclavo esté listo. La ausencia de esta funcionalidad en el controlador de la Raspberry Pi implica que, aunque el microcontrolador de una de las placas tratase de detener la transmisión, el maestro ignoraría esta consigna y el sistema perdería la sincronización.

De acuerdo al cálculo del coeficiente de correlación "r" de Pearson, que fue obtenido con el valor de r =1.00 > O, este resultado nos demuestra que la relación entre la variable independ[r]

El principal objetivo es integrar la información recogida por el sensor de unidad inercial (IMU) correspondiente a giros, inclinaciones y aceleraciones con las medidas tomada dentro de un radio de exploración por un sensor láser para conseguir orientar al robot de una forma más fiable. Para ello se utilizarán técnicas de comunicación con ROS que aseguren una completa sincronización entre todas las partes a la vez estando controlando todo el sistema mediante un algoritmo de programación desarrollado en la plataforma Simulink.

En este cap´ıtulo se presentan las trayectorias extremales respecto al tiempo que se pretende que el robot siga. Se analiza la controlabilidad, la estabilizabilidad y la ob- servabilidad considerando dichas trayectorias extremales como proceso deseado. Con- siderando una trayectoria deseada se obtienen las ecuaciones lineales en desviaciones y se determina el control ´ optimo para la estabilizaci´ on de la trayectoria usando la progra- maci´ on din´ amica como herramienta se s´ıntesis. Por ´ ultimo se presentan los resultados de una simulaci´ on hecha en MATLAB de la estabilizaci´ on.

Cabe destacar que estas líneas horizontales azules que se muestran en la figura 40, tienen un parámetro que se puede modificar para ajustar a que altura de la imagen queremos que estén, de forma que si se colocan en la parte más inferior tendríamos una trayectoria inmediata mientras que si se colocan en la parte superior se estaría hablando de una trayectoria de carácter anticipativo, algo que habrá que tener en cuenta a la hora de mandar referencias a los motores. De las órdenes a los motores se encarga el fichero “seguir_linea” el cual realiza un control de tipo P (proporcional). Como ya se ha dicho anteriormente, este módulo se suscribe al topic “/distancialinea” para recibir los valores de las variables “distancia” y “ángulo” que serán utilizados para realizar el control proporcional junto con las constates correspondientes. A la hora de lanzar este módulo, hay tres parámetros importantes a tener en cuenta que se pueden establecer en el “roslaunch” (más tarde se hablará de esto, pero se trata de un lanzador). Los parámetros son los siguientes:

Acondicionamiento de las señales provenientes de los sensores de aceleración, inclinación, presión, brújula y GPS para la construcción de un vector de señales de velocidad, un vector de [r]

The proposal was to design and implement a mobile robot type caterpillar for exploration on rough ground, by using several control systems which alow greater stability and handling of the robot. It has a set of systems such as: a traction system type caterpillar, a communication system with updated technology to get a big autonomy in its operation, through a remote control via radio frequency for a best teleoperation without external and internal interferences. The robot is equipped with a base control with monitors for the operation in real time. The object manipulation is performed by a robotic arm with four degrees of freedom (DOF), obtaining the freedom of movement and achieving a greater versatility work to manipulate objects. Sensors built into the robot control plate allow viewing prototype performance parameters such as: speed and temperature. The prototype demostrated an efficiency of 98% acceptability in traction and communication teste. Robots of traction type Caterpillar have a greater efficiency unlike wheels’ traction system, because of Caterpillar systems allow a greater adaptability on irregular ground achieving a greater stability on the platform. It is recommended to size the power electronics system (IFI VEX VICTOR 885) based on the engine powers Ampflow to obtain a greater degree of control and handling change of motor rotation.

En la figura 14 se muestra el diagrama a bloques general del sistema mecatrónico que se planea desarrollar para que funcione como impresora 3D. Para esto, el robot puede ser manipulado por el usuario mediante una interfaz desarrollada en LabView donde se pueden modificar y visualizar los parámetros del sistema, como posiciones y temperaturas deseadas y ganancias de ajuste para los controladores, así como también sirve para enviar el software de control hacia el microprocesador a través de protocolo de comunicación Wi-Fi de una computadora como interfaz. El robot se comunicará con el sistema digital mediante la FPGA Cyclone V (con el microprocesador embebido), la cual ejecutará los algoritmos de control para controlar la posición de los 3 gdl del robot CNC (x, y, z), así como también se encargará de mantener la temperatura deseada del extrusor de material y de la cama caliente donde se irá depositando el material extruido y accionará el motor a pasos a determinada velocidad para proporcionar material al extrusor, llevando de esta manera la acción de impresora 3D.

par´ametros de Urbano como los correspondientes al Pioneer. Genera- ci´on de una trayectoria suave en los puntos de paso de una trayectoria definida. Algoritmo para evitar desviaciones sobre la trayectoria progra- mada. Control reactivo: deformaci´on de la trayectoria por la presencia de obst´aculos y paredes cercanas al camino inicial a seguir por el robot. • Localizaci´on y construcci´on de mapas. Estudio del filtro de Kal- man y del filtro extendido de Kalman (EKF). Aplicaci´on a la la locali- zaci´on del robot a partir de los puntos de medida proporcionados por el l´aser. Modificaci´on del modelo para el caso de disponer ´unicamente de medidas de distancia, que no se utiliza debido a su peor comportamien- to. Programaci´on de las fases de predicci´on y correcci´on del algoritmo. An´alisis del coste computacional y reducci´on del tiempo de procesa- miento. Obtenci´on y actualizaci´on de mapas de puntos a partir de los datos registrados por el l´aser. Utilizaci´on de mapas ya realizados pa- ra efectuar la localizaci´on. Borrado de los puntos correspondientes a obst´aculos din´amicos del mapa que se encuentren cercanos a la posi- ci´on del robot en cada momento. Con el Pioneer s´olo se ha empleado hasta el momento la parte del proyecto relativa al control de movimien- to y planificaci´on de trayectorias ya que al no poderse utilizar el l´aser no era posible realizar tareas de localizaci´on. Se ha utilizado el sistema con este robot en modo simulaci´on.

Una vez hecho el montaje de encoders y motores en el robot móvil se prepara un escenario para hacer pruebas de odometría donde se pueda verificar el control de los motores para recorrer distancias en línea recta, realizar giros de 90 grados y poder cuantificar el error de odometría. Para realizar dichas pruebas se programó la tarjeta FPGA para controlar el robot móvil, para un recorrido de una distancia de 2 Metros, los escenarios propuestos para estas pruebas de distancia se muestran en las Figuras 6 y 7, se realizaron secciones de 10 pruebas realizadas para cada trayectoria.

Para ello se toma como base un Robot Móvil, con un microcontrolador de la marca Arduino Mega, el que utilizara una placa Arduino Uno para su control de manera remota y comunicación con el Robot, controlado por Radio Frecuencia desde un punto base al Robot, el mismo que nos facilitara la búsqueda de personas, así también se incluirá sensores que le faciliten la autonomía del robot para mejorar su funcionamiento y sacarle mayor provecho al dispositivo.

El sistema de control de posicionamiento actúa de acuerdo con los requerimientos del sistema de planeación central (ver fig. 3), el cual genera, desde el nivel medio, la secuencia de movimientos coordinados necesaria para llevar a cabo el patrón de caminado seleccionado, adaptándose activamente al terreno y controlando la inclinación con la ayuda de un acelerómetro (Analog Devices ADXL202AE) usado como sensor de inclinación de dos ejes.

En el trabajo Presentando AZUL: un robot para la localización en entornos no estructurado (Pino, Cova, Contreras, Candelas, & Torres, 2018) describe el proceso para convertir un móvil tipo coche eléctrico comercial en móvil no tripulado fiable y fácil de usar para la investigación de la navegación al aire libre del móvil. Meses más tarde Miguel Candelas integró un sensor de efecto Hall y un soporte de imanes que gira conjuntamente con el eje trasero de robot con la finalidad de conocer la velocidad de giro del motor mediante un encoder incremental ubicado en el eje del servomotor con el fin de aplicar odometría de bajo nivel y control de velocidad y dirección PID (Contreras, 2018).