FPGA TABANLI 5 EKSENLİ MOBİL ROBOT KOLU TASARIMI VE PROTOTİP GERÇEKLENMESİ

Bu çalışmada, mobil bir aracın üzerine monte edilmiş 5 eksenli bir robot kolu ile cisimleri bir ultrasonik sensör aracılığı ile tanıyıp boyutlarına göre ayırt edebilen, tümüyle otonom olarak çalışabilen FPGA tabanlı bir robotik sistem gerçeklenmiştir. Ultrasonik sensörden alınan veriye göre mobil aracın hız ve konum kontrolü ile robot kolunun konum kontrolüne ait sayısal tasarım tek bir FPGA yongası üzerinde gerçeklenmiştir. Mobil robot kolu üzerindeki DC motor ve DC-servo motorların sürücü devreleri ayrıca tasarlanarak, motorların hız ve konum kontrolü yine VHDL kodu ile oluşturulan PWM kontrol sinyalleri aracılığıyla sağlanmıştır. Bu çalışmada PWM sinyallerini üretmede frekans bölme tekniği kullanılmıştır. FPGA tabanlı tasarımların tasarımcıya sunduğu paralel işlem yapabilme yeteneği sayesinde, mobil robot kolu üzerindeki ünitelerin durumları aynı anda kontrol edilebilmiştir. VHDL ile oluşturulan tasarım kodu Xilinx ISE paket programı aracılığı ile sentezlenerek, donanımın çalışması Modelsim benzetim programı aracılığıyla doğrulanmıştır. Daha sonra, yapılan tasarım Spartan–3 FPGA geliştirme kiti üzerinde gerçeklenmiştir. FPGA geliştirme kiti, gerçeklenen mobil robot donanımının bir parçası olarak mobil platform üzerine monte edilmiştir. Mobil robot kolunun beklenen tüm işlevlerini sorunsuz bir şekilde yerine getirdiği deneysel olarak da gözlenmiştir. Ayrıca, tasarımın literatürdeki bazı robot kolu tasarımları ile karşılaştırması, tasarım teknolojisi, robot türü ve serbestlik dereceleri bakımından farklılık içermesi sebebiyle ancak kategorik olarak yapılabilmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Mobil robot, FPGA, hız kontrolü, ultrasonik konum kontrolü

PDF

___

Meshram, U., Bande, P., Dwaramwar, P. A., Harkare, R. R., “Robot Arm Controller Using FPGA”, IMPACT’2009, 8-11, 2009.
Xu, M., Zhu, W. ve Zou, Y.,” Design of a Reconfigurable Robot Controller Based on FPGA”, Fifth IEEE International Symposium on Embedded Computing, 216-222, 2008.
Cho, J. U., Le, Q. N., Jeon, J. W., “An FPGA- Based Multiple- Axis motion control chip” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Cilt 56, No 3, 856-870, 2009.
Samuelsen, D., Graven, O. H., “Low cost robots used for practical assignments in programming modules” IEEE-ICELIE’09, 80-85, 2009.
Kung, Y-S., Shu, G-S., ” Development of a FPGA-based Motion Control IC for Robot Arm”, ICIT IEEE International Conference, 1397-1402, 2005.
Karci, H., Tangel, A. “FPGA Tabanlı 5-Eksenli Mobil Robot Kolu Tasarımı ve Uygulaması”, ELECO’2013, Bursa, Türkiye, 2013.
Monmasson, E. ve Cirstea, M., “FPGA Design Methodology for Industrial Control Systems – A review,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Cilt 54, No 4, 1824-1842, 2007.
Meshram, U. ve Harkare, R.R., “FPGA Based Five Axis Robot Arm Controller” International Journal of Electronics Engineering, Cilt 2, No 1, 209-211, 2010.
Lawman,G., “Pulse-Width Modulation in Xilinx Programmable Logic”, Application Brief, 1-3, 1995.
Kuc, R., Kirichenko, M. F., Lepekha, M. P., “Adaptive and Mobile Biomimetic Sonar Recognizes Objects From Echos” OCEANS’99 MTS/IEEE.Riding the Crest into 21st Century Cilt 2, 707-712, 1999.
Trabelsi, M., Ait-Oufroukh, N., Lelandais, S., “Localization Method for a Rehabilitation Mobile Robot using Visual and Ultrasonic Information”, Proceedings of the 2007 IEEE 10th International Conference on Rehabilitation Robotics, 164-170, 2007.
Liu, H., Stoll, N., Junginger, S., Thurov, K., “A New Method for Mobile Robot Arm Blind Grasping Using Ultrasonic Sensors and Artificial Neural Networks”, Proceeding of the IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO), 1360-1364, 2013.