Control de los movimientos de un robot cartesiano usando un sistema embebido en un módulo FPGA integrado con dos núcleos ARM Cortex-A9

Abstract

Resumen

En el presente trabajo se describe una metodología para el control de movimiento de un robot cartesiano mediante el uso de la tarjeta De0_Nano_SoC de Intel, que trabaja integrando la potencia de procesamiento de un FPGA y un sistema operativo robusto que se ejecutan en dos núcleos de arquitectura ARM Cortex–A9. Primero se analiza,mediante Solidworks, la estructura del robot cartesiano,segundo se obtiene el modelado cinemático del robot y con ello se desarrolla el planificador de trayectorias que usa procesamiento digital de imágenes y un interpolador de tercer orden. Tercero,se diseña un generador de velocidad en tiempo real para motores paso-paso. Cuarto, con los algoritmos validados se pasa a embeberlos, usando lenguaje C, en el sistema de procesamiento (HPS,Hard Processor System) de la De0_Nano_SoC,mientras que en el FPGA de la tarjeta se diseñan con VHDL los generadores de pulsos eléctricos para los pasos de los motores paso-paso. Quinto,se desarrolla la interfaz gráfica de usuario para la interacción hombre-máquina. Finalmente, se realizan las validaciones y se muestran los resultados.

Palabras claves: robótica, SoC FPGA, máquina CNC, la cinemática, interpolador cúbico.

Abstract

In this work we describe a methodology to the motion control of a robot making use of an Intel De0_Nano_SoC card which works to exploit the full potential of the FPGA and a solid operational system which is run on a dual-core ARM Cortex-A9 Hard Processor System (HPS). First, we analyze through Solidworks the structure of the cartesian robot. Second, we obtain the kynematic modelling of the robot and this could help to develop the planner of trajectories that uses a digital image processing and an interpolator of third order. Third,we design a generator of real-time speed suitable for stepper motors. Fourth, we embed them with the validated algorithms, using C language, in the Hard Processor System (HPS, Hard Processor System) of the De0_Nano_SoC, mean while in the FPGA of the card we design with VHDL generators of electric pulses for the process steps of the stepper motors. Fifth, we develop a graphic user interface for the human-machine interaction. Finally,we perform the validations and we show the results.

Keywords: robotics, SoC FPGA, CNC Machine,the kinematics, cubic interpolator.