Arquitetura de hardware dedicada de uma rede neural perceptron para reconhecimento de terreno aplicado a robótica móvel

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rabelo, Rafael Tolentino
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Monografias da UnB
Texto Completo: http://bdm.unb.br/handle/10483/8109
Resumo: Monografia (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Curso de Engenharia Eletrônica, 2014.
id UNB-2_8400d968502c99b41f337288e7de3ab7
oai_identifier_str oai:bdm.unb.br:10483/8109
network_acronym_str UNB-2
network_name_str Biblioteca Digital de Monografias da UnB
repository_id_str 11571
spelling Rabelo, Rafael TolentinoMuñoz Arboleda, Daniel MauricioRABELO, Rafael Tolentino. Arquitetura de hardware dedicada de uma rede neural perceptron para reconhecimento de terreno aplicado a robótica móvel. 2014. 39 f., il. Monografia (Bacharelado em Engenharia Eletrônica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2014.http://bdm.unb.br/handle/10483/8109Monografia (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Curso de Engenharia Eletrônica, 2014.Este trabalho visa à implementação em FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) de uma rede neural perceptron multicamadas para a classificação de terreno. Para tal, utilizou-se um acelerômetro de 3 eixos para medir as variações de aceleração que um robô sofre em quatro tipos de terreno: arenoso, asfalto, grama e terra. Uma rede neural do tipo perceptron multicamada foi treinada para poder realizar o processo de classificação. Após o treinamento da rede, obteve-se os pesos e os bias da rede para realizar a descrição em hardware e implementação do modelo matemático da rede em FPGAs. Resultados experimentais demonstraram que o desempenho em termos do erro de classificação é melhorado quando os dados de entrada são uma medida estatística da aceleração. Foi usada a média de 32 amostras para compor cada conjunto de entrada da rede. Adicionalmente, os resultados demonstraram que a rede treinada com 8 neurônios na camada escondida alcança o melhor fator custo-benefício. Comparações numéricas entre os resultados obtidos em software e hardware foram realizados para validação da arquitetura, demonstrando a corretude da implementação. Finalmente, os circuitos desenvolvidos foram caracterizados em termos do consumo de recursos, frequência de operação e consumo de potência. O tempo de execução em diversas plataformas embarcadas foi estimado, demonstrando que a arquitetura proposta alcança fatores de aceleração de três ordens de magnitude se comparado com processadores de software embarcados MicroBlaze e Atmel, e quatro vezes se comparado com um processador Intel Core i7. _____________________________________________________________________________ ABSTRACTThis work proposes an FPGA (Field Programmable Gate Arrays) implementation of a multilayer perceptron neural network for terrain classification. A 3-axis accelerometer was used for acquiring the acceleration variation that a robot suffers when moving on four different terrains: sand, asfalt, grass and soil. A multilayer perceptron neural network was trained in order to perform the classification process. Afterwards, the trained weight and bias were used to implement in FPGAs a hardware mathematical model of the proposed network. Experimental results have demonstrated that the network performance in terms of classification error was improved when using statistical values of the acceleration as input data. Thus, the mean value of 32 samples was computed in order to compose the input data set of the proposed neural netwrok. Numerical comparisons between hardware and software results, using the Matlab as statistical estimator, were used for validating the hardware implementation. Finally, the implemented circuits were characterizaed in terms of the consumption of hardware resources, operational frequency and power consumption. The execution time using three software-based embedded platforms were estimated. The proposed architecture achieves speed-up factors of three order of magnitude in comparison with the MicroBlaze and Atmel software processors, as well as, four times in comparision with an Intel Core i7 solution.Submitted by Ruthlea Nascimento (ruthlea.nascimento@gmail.com) on 2014-08-07T18:08:38Z No. of bitstreams: 1 2014_RafaelTolentinoRabelo.pdf: 6380541 bytes, checksum: fd1b627cc4afce29a9716a0a3f8506d7 (MD5)Approved for entry into archive by Elna Araujo (elna@bce.unb.br) on 2014-08-12T01:14:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_RafaelTolentinoRabelo.pdf: 6380541 bytes, checksum: fd1b627cc4afce29a9716a0a3f8506d7 (MD5)Made available in DSpace on 2014-08-12T01:14:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_RafaelTolentinoRabelo.pdf: 6380541 bytes, checksum: fd1b627cc4afce29a9716a0a3f8506d7 (MD5)Redes neurais (Computação)Circuitos integrados digitaisHardwareRobóticaArquitetura de hardware dedicada de uma rede neural perceptron para reconhecimento de terreno aplicado a robótica móvelinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis2014-08-12T01:14:03Z2014-08-12T01:14:03Z2014-08-12T01:14:03Z2014-06-24info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Monografias da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINAL2014_RafaelTolentinoRabelo.pdf2014_RafaelTolentinoRabelo.pdfapplication/pdf6380541http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/8109/1/2014_RafaelTolentinoRabelo.pdffd1b627cc4afce29a9716a0a3f8506d7MD51CC-LICENSElicense_urllicense_urltext/plain46http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/8109/2/license_url6f1da3ff281999354d4abd56d1551468MD52license_textlicense_textapplication/octet-stream0http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/8109/3/license_textd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD53license_rdflicense_rdfapplication/octet-stream21889http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/8109/4/license_rdf5f21d45308ffc58e8d263280cb61c64dMD54LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain1859http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/8109/5/license.txt03b0342f303b34c2dc7d7f603f93287aMD5510483/81092014-08-11 22:14:03.813oai:bdm.unb.br:10483/8109TGljZW5zZSBncmFudGVkIGJ5IFJ1dGhsZWEgTmFzY2ltZW50byAocnV0aGxlYS5uYXNjaW1lbnRvQGdtYWlsLmNvbSkgb24gMjAxNC0wOC0wN1QxODowODozOFogKEdNVCk6CgrDiSBuZWNlc3PDoXJpbyBjb25jb3JkYXIgY29tIGEgbGljZW7Dp2EgZGUgZGlzdHJpYnVpw6fDo28gbsOjby1leGNsdXNpdmEsCmFudGVzIHF1ZSBvIGRvY3VtZW50byBwb3NzYSBhcGFyZWNlciBubyBSZXBvc2l0w7NyaW8uIFBvciBmYXZvciwgbGVpYSBhCmxpY2Vuw6dhIGF0ZW50YW1lbnRlLiBDYXNvIG5lY2Vzc2l0ZSBkZSBhbGd1bSBlc2NsYXJlY2ltZW50byBlbnRyZSBlbQpjb250YXRvIGF0cmF2w6lzIGRlOiBiZG1AYmNlLnVuYi5iciBvdSAzMTA3LTI2ODcuCgpMSUNFTsOHQSBERSBESVNUUklCVUnDh8ODTyBOw4NPLUVYQ0xVU0lWQQoKQW8gYXNzaW5hciBlIGVudHJlZ2FyIGVzdGEgbGljZW7Dp2EsIG8vYSBTci4vU3JhLiAoYXV0b3Igb3UgZGV0ZW50b3IgZG9zCmRpcmVpdG9zIGRlIGF1dG9yKToKCmEpIENvbmNlZGUgw6AgVW5pdmVyc2lkYWRlIGRlIEJyYXPDrWxpYSBvIGRpcmVpdG8gbsOjby1leGNsdXNpdm8gZGUKcmVwcm9kdXppciwgY29udmVydGVyIChjb21vIGRlZmluaWRvIGFiYWl4byksIGNvbXVuaWNhciBlL291CmRpc3RyaWJ1aXIgbyBkb2N1bWVudG8gZW50cmVndWUgKGluY2x1aW5kbyBvIHJlc3Vtby9hYnN0cmFjdCkgZW0KZm9ybWF0byBkaWdpdGFsIG91IGltcHJlc3NvIGUgZW0gcXVhbHF1ZXIgbWVpby4KCmIpIERlY2xhcmEgcXVlIG8gZG9jdW1lbnRvIGVudHJlZ3VlIMOpIHNldSB0cmFiYWxobyBvcmlnaW5hbCwgZSBxdWUKZGV0w6ltIG8gZGlyZWl0byBkZSBjb25jZWRlciBvcyBkaXJlaXRvcyBjb250aWRvcyBuZXN0YSBsaWNlbsOnYS4gRGVjbGFyYQp0YW1iw6ltIHF1ZSBhIGVudHJlZ2EgZG8gZG9jdW1lbnRvIG7Do28gaW5mcmluZ2UsIHRhbnRvIHF1YW50byBsaGUgw6kKcG9zc8OtdmVsIHNhYmVyLCBvcyBkaXJlaXRvcyBkZSBxdWFscXVlciBvdXRyYSBwZXNzb2Egb3UgZW50aWRhZGUuCgpjKSBTZSBvIGRvY3VtZW50byBlbnRyZWd1ZSBjb250w6ltIG1hdGVyaWFsIGRvIHF1YWwgbsOjbyBkZXTDqW0gb3MKZGlyZWl0b3MgZGUgYXV0b3IsIGRlY2xhcmEgcXVlIG9idGV2ZSBhdXRvcml6YcOnw6NvIGRvIGRldGVudG9yIGRvcwpkaXJlaXRvcyBkZSBhdXRvciBwYXJhIGNvbmNlZGVyIMOgIFVuaXZlcnNpZGFkZSBkZSBCcmFzw61saWEgb3MgZGlyZWl0b3MKcmVxdWVyaWRvcyBwb3IgZXN0YSBsaWNlbsOnYSwgZSBxdWUgZXNzZSBtYXRlcmlhbCBjdWpvcyBkaXJlaXRvcyBzw6NvIGRlCnRlcmNlaXJvcyBlc3TDoSBjbGFyYW1lbnRlIGlkZW50aWZpY2FkbyBlIHJlY29uaGVjaWRvIG5vIHRleHRvIG91CmNvbnRlw7pkbyBkbyBkb2N1bWVudG8gZW50cmVndWUuCgpTZSBvIGRvY3VtZW50byBlbnRyZWd1ZSDDqSBiYXNlYWRvIGVtIHRyYWJhbGhvIGZpbmFuY2lhZG8gb3UgYXBvaWFkbwpwb3Igb3V0cmEgaW5zdGl0dWnDp8OjbyBxdWUgbsOjbyBhIFVuaXZlcnNpZGFkZSBkZSBCcmFzw61saWEsIGRlY2xhcmEgcXVlCmN1bXByaXUgcXVhaXNxdWVyIG9icmlnYcOnw7VlcyBleGlnaWRhcyBwZWxvIHJlc3BlY3Rpdm8gY29udHJhdG8gb3UKYWNvcmRvLgoKQSBVbml2ZXJzaWRhZGUgZGUgQnJhc8OtbGlhIGlkZW50aWZpY2Fyw6EgY2xhcmFtZW50ZSBvKHMpIHNldSAocykgbm9tZSAocykKY29tbyBvIChzKSBhdXRvciAoZXMpIG91IGRldGVudG9yIChlcykgZG9zIGRpcmVpdG9zIGRvIGRvY3VtZW50bwplbnRyZWd1ZSwgZSBuw6NvIGZhcsOhIHF1YWxxdWVyIGFsdGVyYcOnw6NvLCBwYXJhIGFsw6ltIGRhcyBwZXJtaXRpZGFzIHBvcgplc3RhIGxpY2Vuw6dhLgo=Biblioteca Digital de Monografiahttps://bdm.unb.br/PUBhttp://bdm.unb.br/oai/requestbdm@bce.unb.br||patricia@bce.unb.bropendoar:115712014-08-12T01:14:03Biblioteca Digital de Monografias da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
dc.title.en.fl_str_mv Arquitetura de hardware dedicada de uma rede neural perceptron para reconhecimento de terreno aplicado a robótica móvel
title Arquitetura de hardware dedicada de uma rede neural perceptron para reconhecimento de terreno aplicado a robótica móvel
spellingShingle Arquitetura de hardware dedicada de uma rede neural perceptron para reconhecimento de terreno aplicado a robótica móvel
Rabelo, Rafael Tolentino
Redes neurais (Computação)
Circuitos integrados digitais
Hardware
Robótica
title_short Arquitetura de hardware dedicada de uma rede neural perceptron para reconhecimento de terreno aplicado a robótica móvel
title_full Arquitetura de hardware dedicada de uma rede neural perceptron para reconhecimento de terreno aplicado a robótica móvel
title_fullStr Arquitetura de hardware dedicada de uma rede neural perceptron para reconhecimento de terreno aplicado a robótica móvel
title_full_unstemmed Arquitetura de hardware dedicada de uma rede neural perceptron para reconhecimento de terreno aplicado a robótica móvel
title_sort Arquitetura de hardware dedicada de uma rede neural perceptron para reconhecimento de terreno aplicado a robótica móvel
author Rabelo, Rafael Tolentino
author_facet Rabelo, Rafael Tolentino
author_role author
dc.contributor.author.fl_str_mv Rabelo, Rafael Tolentino
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Muñoz Arboleda, Daniel Mauricio
contributor_str_mv Muñoz Arboleda, Daniel Mauricio
dc.subject.keyword.en.fl_str_mv Redes neurais (Computação)
Circuitos integrados digitais
Hardware
Robótica
topic Redes neurais (Computação)
Circuitos integrados digitais
Hardware
Robótica
description Monografia (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Curso de Engenharia Eletrônica, 2014.
publishDate 2014
dc.date.submitted.none.fl_str_mv 2014-06-24
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2014-08-12T01:14:03Z
dc.date.available.fl_str_mv 2014-08-12T01:14:03Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2014-08-12T01:14:03Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
format bachelorThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv RABELO, Rafael Tolentino. Arquitetura de hardware dedicada de uma rede neural perceptron para reconhecimento de terreno aplicado a robótica móvel. 2014. 39 f., il. Monografia (Bacharelado em Engenharia Eletrônica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2014.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://bdm.unb.br/handle/10483/8109
identifier_str_mv RABELO, Rafael Tolentino. Arquitetura de hardware dedicada de uma rede neural perceptron para reconhecimento de terreno aplicado a robótica móvel. 2014. 39 f., il. Monografia (Bacharelado em Engenharia Eletrônica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2014.
url http://bdm.unb.br/handle/10483/8109
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Monografias da UnB
instname:Universidade de Brasília (UnB)
instacron:UNB
instname_str Universidade de Brasília (UnB)
instacron_str UNB
institution UNB
reponame_str Biblioteca Digital de Monografias da UnB
collection Biblioteca Digital de Monografias da UnB
bitstream.url.fl_str_mv http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/8109/1/2014_RafaelTolentinoRabelo.pdf
http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/8109/2/license_url
http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/8109/3/license_text
http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/8109/4/license_rdf
http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/8109/5/license.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv fd1b627cc4afce29a9716a0a3f8506d7
6f1da3ff281999354d4abd56d1551468
d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
5f21d45308ffc58e8d263280cb61c64d
03b0342f303b34c2dc7d7f603f93287a
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Monografias da UnB - Universidade de Brasília (UnB)
repository.mail.fl_str_mv bdm@bce.unb.br||patricia@bce.unb.br
_version_ 1801492938666016768

Registros relacionados