Robô hexápode controlado por FPGA
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2013 |
Outros Autores: | , |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
Texto Completo: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/8138 |
Resumo: | Robôs hexápodes são comumente utilizados como ferramenta de estudo de robótica, logo é de interesse acadêmico a elaboração de um robô hexápode com especificação aberta. O objetivo geral do projeto descrito é desenvolver um robô hexápode controlado por uma FPGA, recebendo comandos de um computador. O desenvolvimento segue o processo de desenvolvimento em espiral, em três etapas: projeto, construção e testes. Foram necessários diversos estudos para sua concretização, especialmente o da cinemática inversa. O projeto constitui-se de seis partes: mecânica do robô, eletrônica dos motores, hardware de controle robô, firmware, driver de comunicação e software de interface gráfica. A estrutura mecânica é a MSR-H01, desenvolvida pela Micromagic Systems, com três motores por pata. Utilizaram-se seis motores Corona DS329MG nos ombros, e doze BMS-620MG nas demais articulações, todos alimentados por uma fonte ATX (140W em regime na linha de 5V), isolada do restante do hardware por acoplamento ótico. O hardware de controle do robô engloba a FPGA e seus periféricos: os optoacopladores dos motores, o magnetômetro (HMC5883), o acelerômetro (ADXL345) e o módulo XBee. A FPGA gera os sinais de controle para os motores e para os demais dispositivos e embarca um processador NIOS II, com arquitetura RISC de 32 bits de até 250 DMIPS. O firmware, desenvolvido em linguagem C++, é responsável pela leitura dos sensores, por enviar sinais de controle para os motores e por comunicar-se com o driver, desenvolvido em Java, através do módulo XBee. O software de interface gráfica permite ao usuário enviar comandos de movimentação para o robô através do driver e apresenta leituras dos sensores. O resultado final foi um robô capaz de movimentar-se usando cinemática e diversas tecnologias acopladas. Tecnologicamente, o projeto se destaca pela extensibilidade, pois a FPGA permite reprogramação do hardware e o software é modular. Socioeconômicamente, a flexibilidade do robô permite utilização em atividades de ensino e pesquisa. Além disso, sua documentação e sua especificação são abertas, de forma que é possível replicá-lo sem grande esforço. |
id |
UTFPR-12_2c6cedfefd62e506ba14861cb1a54334 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/8138 |
network_acronym_str |
UTFPR-12 |
network_name_str |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
repository_id_str |
|
spelling |
2020-11-11T13:41:53Z2020-11-11T13:41:53Z2013-05-14FONTOURA, Felipe Michels; NASCIMENTO, Leandro Piekarski do; GIOPPO, Lucas Longen. Robô hexápode controlado por FPGA. 2013. 161 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2013.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/8138Robôs hexápodes são comumente utilizados como ferramenta de estudo de robótica, logo é de interesse acadêmico a elaboração de um robô hexápode com especificação aberta. O objetivo geral do projeto descrito é desenvolver um robô hexápode controlado por uma FPGA, recebendo comandos de um computador. O desenvolvimento segue o processo de desenvolvimento em espiral, em três etapas: projeto, construção e testes. Foram necessários diversos estudos para sua concretização, especialmente o da cinemática inversa. O projeto constitui-se de seis partes: mecânica do robô, eletrônica dos motores, hardware de controle robô, firmware, driver de comunicação e software de interface gráfica. A estrutura mecânica é a MSR-H01, desenvolvida pela Micromagic Systems, com três motores por pata. Utilizaram-se seis motores Corona DS329MG nos ombros, e doze BMS-620MG nas demais articulações, todos alimentados por uma fonte ATX (140W em regime na linha de 5V), isolada do restante do hardware por acoplamento ótico. O hardware de controle do robô engloba a FPGA e seus periféricos: os optoacopladores dos motores, o magnetômetro (HMC5883), o acelerômetro (ADXL345) e o módulo XBee. A FPGA gera os sinais de controle para os motores e para os demais dispositivos e embarca um processador NIOS II, com arquitetura RISC de 32 bits de até 250 DMIPS. O firmware, desenvolvido em linguagem C++, é responsável pela leitura dos sensores, por enviar sinais de controle para os motores e por comunicar-se com o driver, desenvolvido em Java, através do módulo XBee. O software de interface gráfica permite ao usuário enviar comandos de movimentação para o robô através do driver e apresenta leituras dos sensores. O resultado final foi um robô capaz de movimentar-se usando cinemática e diversas tecnologias acopladas. Tecnologicamente, o projeto se destaca pela extensibilidade, pois a FPGA permite reprogramação do hardware e o software é modular. Socioeconômicamente, a flexibilidade do robô permite utilização em atividades de ensino e pesquisa. Além disso, sua documentação e sua especificação são abertas, de forma que é possível replicá-lo sem grande esforço.Hexapod robots are commonly used as platform for studies on robotics, hence it is of academic interest to develop such kind of robot with open specifications. The main goal ot this project is the development of a hexapod robot controlled by FPGA, receiving high-level commands from a computer. The development follows a spiral model in three stages: project, development and tests. Many studies were necessary in order to make the project possible, especially those regarding inverse kinematics. The project itself is divided in six parts: robot mechanics, motor electronics, robot control hardware, firmware, driver and user interface software. The robot is based on a MSR-H01 mechanical structure developed by Micromagic Systems which requires three motors per leg. There are six Corona DS329MG motors on the shoulders, and twelve BMS-620MG on other joints, all supplied by an ATX power source (140W at 5V) and optically isolated from remaining hardware. The robot control hardware includes the FPGA and its peripherals such as optocouplers, magnetometer (HMC5883), accelerometer (ADXL345) and the XBee device. The FPGA generates the control signals for the servos and other devices while embedding a NIOS II processor with 32-bit RISC architecture, capable of performances up to 250 DMIPS. The firmware was developed in C++ and is responsible for reading the sensors, sending control signals to the servos and connecting to the driver, developed in Java, through the XBee channel. The user interface software allows the user to send commands to the robot through the driver and displays readings from the sensors. The result was a robot capable of moving using a combination of inverse kinematics and other technologies. Technologically, the project has the quality of being extensible, as the FPGA allows hardware reprogramming and the software is split into individual modules. Socioeconomically, the flexibility of the robot allows using it for both teaching and research. It is also remarkable that its specification is open and so more robots like this one can be made with little effort.porUniversidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaDepartamento Acadêmico de InformáticaEngenharia de ComputaçãoRobôsRobôs - ProgramaçãoArranjos de lógica programável em campoRobotsRobots - ProgrammingField programmable gate arraysRobô hexápode controlado por FPGAinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisCuritibaLima, Carlos Raimundo ErigFontoura, Felipe MichelsNascimento, Leandro Piekarski doGioppo, Lucas Longenreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessTHUMBNAILCT_COENC_2012_2_02.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1261http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/8138/1/CT_COENC_2012_2_02.pdf.jpgead5203ea2358797fd1d02b2286e85ebMD51ORIGINALCT_COENC_2012_2_02.pdfapplication/pdf13186514http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/8138/2/CT_COENC_2012_2_02.pdf45f6e6fe1e252cae807f526c797491edMD52LICENSElicense.txttext/plain1748http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/8138/3/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD53TEXTCT_COENC_2012_2_02.pdf.txtExtracted texttext/plain300909http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/8138/4/CT_COENC_2012_2_02.pdf.txt7bcf31f6bd86101443bfa98ec31112afMD541/81382020-11-11 11:41:53.107oai:repositorio.utfpr.edu.br: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Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestopendoar:2020-11-11T13:41:53Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false |
dc.title.pt_BR.fl_str_mv |
Robô hexápode controlado por FPGA |
title |
Robô hexápode controlado por FPGA |
spellingShingle |
Robô hexápode controlado por FPGA Fontoura, Felipe Michels Engenharia de Computação Robôs Robôs - Programação Arranjos de lógica programável em campo Robots Robots - Programming Field programmable gate arrays |
title_short |
Robô hexápode controlado por FPGA |
title_full |
Robô hexápode controlado por FPGA |
title_fullStr |
Robô hexápode controlado por FPGA |
title_full_unstemmed |
Robô hexápode controlado por FPGA |
title_sort |
Robô hexápode controlado por FPGA |
author |
Fontoura, Felipe Michels |
author_facet |
Fontoura, Felipe Michels Nascimento, Leandro Piekarski do Gioppo, Lucas Longen |
author_role |
author |
author2 |
Nascimento, Leandro Piekarski do Gioppo, Lucas Longen |
author2_role |
author author |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Lima, Carlos Raimundo Erig |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Fontoura, Felipe Michels Nascimento, Leandro Piekarski do Gioppo, Lucas Longen |
contributor_str_mv |
Lima, Carlos Raimundo Erig |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
Engenharia de Computação |
topic |
Engenharia de Computação Robôs Robôs - Programação Arranjos de lógica programável em campo Robots Robots - Programming Field programmable gate arrays |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Robôs Robôs - Programação Arranjos de lógica programável em campo Robots Robots - Programming Field programmable gate arrays |
description |
Robôs hexápodes são comumente utilizados como ferramenta de estudo de robótica, logo é de interesse acadêmico a elaboração de um robô hexápode com especificação aberta. O objetivo geral do projeto descrito é desenvolver um robô hexápode controlado por uma FPGA, recebendo comandos de um computador. O desenvolvimento segue o processo de desenvolvimento em espiral, em três etapas: projeto, construção e testes. Foram necessários diversos estudos para sua concretização, especialmente o da cinemática inversa. O projeto constitui-se de seis partes: mecânica do robô, eletrônica dos motores, hardware de controle robô, firmware, driver de comunicação e software de interface gráfica. A estrutura mecânica é a MSR-H01, desenvolvida pela Micromagic Systems, com três motores por pata. Utilizaram-se seis motores Corona DS329MG nos ombros, e doze BMS-620MG nas demais articulações, todos alimentados por uma fonte ATX (140W em regime na linha de 5V), isolada do restante do hardware por acoplamento ótico. O hardware de controle do robô engloba a FPGA e seus periféricos: os optoacopladores dos motores, o magnetômetro (HMC5883), o acelerômetro (ADXL345) e o módulo XBee. A FPGA gera os sinais de controle para os motores e para os demais dispositivos e embarca um processador NIOS II, com arquitetura RISC de 32 bits de até 250 DMIPS. O firmware, desenvolvido em linguagem C++, é responsável pela leitura dos sensores, por enviar sinais de controle para os motores e por comunicar-se com o driver, desenvolvido em Java, através do módulo XBee. O software de interface gráfica permite ao usuário enviar comandos de movimentação para o robô através do driver e apresenta leituras dos sensores. O resultado final foi um robô capaz de movimentar-se usando cinemática e diversas tecnologias acopladas. Tecnologicamente, o projeto se destaca pela extensibilidade, pois a FPGA permite reprogramação do hardware e o software é modular. Socioeconômicamente, a flexibilidade do robô permite utilização em atividades de ensino e pesquisa. Além disso, sua documentação e sua especificação são abertas, de forma que é possível replicá-lo sem grande esforço. |
publishDate |
2013 |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2013-05-14 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2020-11-11T13:41:53Z |
dc.date.available.fl_str_mv |
2020-11-11T13:41:53Z |
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 |
FONTOURA, Felipe Michels; NASCIMENTO, Leandro Piekarski do; GIOPPO, Lucas Longen. Robô hexápode controlado por FPGA. 2013. 161 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2013. |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/8138 |
identifier_str_mv |
FONTOURA, Felipe Michels; NASCIMENTO, Leandro Piekarski do; GIOPPO, Lucas Longen. Robô hexápode controlado por FPGA. 2013. 161 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2013. |
url |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/8138 |
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.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba |
dc.publisher.department.fl_str_mv |
Departamento Acadêmico de Informática |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) instacron:UTFPR |
instname_str |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) |
instacron_str |
UTFPR |
institution |
UTFPR |
reponame_str |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
collection |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
bitstream.url.fl_str_mv |
http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/8138/1/CT_COENC_2012_2_02.pdf.jpg http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/8138/2/CT_COENC_2012_2_02.pdf http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/8138/3/license.txt http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/8138/4/CT_COENC_2012_2_02.pdf.txt |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
ead5203ea2358797fd1d02b2286e85eb 45f6e6fe1e252cae807f526c797491ed 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 7bcf31f6bd86101443bfa98ec31112af |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) |
repository.mail.fl_str_mv |
|
_version_ |
1805923228542042112 |