Řízení vícenohých kráčejících robotů založené na využití FPGA

Abstract

Tato bakalářská práce se věnuje návrhu paralelní architektury pro hardwarovou akceleraci řízení pohybu šestinohého kráčejícího robotu. Akcelerace je dosaženo paralelizací komunikačního rozhraní k jednotlivým servomotorům Dynamixel AX-12A, která jsou v základním návrhu robotu spojena v jednom komunikačním řetězci, pomocí paralelní architektury hradlového pole (FPGA). Hlavním benefitem použití FPGA architektury je, že umožňuje vysokorychlostní, synchronní, paralelní řízení jednotlivých nohou robotu. Při použití navržené architektury bylo docíleno zrychlení komunikace 13x oproti standardnímu řízení přes ovládací PC. Práce také předkládá návrh desky plošného spoje, která zprostředkovává rozhraní mezi servomotory a vývojovou deskou FPGA. Navržená deska navíc integruje rozhraní k dalším senzorům, ochranné prvky zamezující podbití napájecí Li-poly baterie robotu pod bezpečnou úroveň a zdroj napájení pro použitou elektroniku.

In this thesis, a Field-Programmable Gate Array (FPGA) architecture for hardware accelerated control of a multi-legged walking robot is presented. The core of the presented work is the development of the FPGA architecture to parallelize and speed-up the communication with the robot's intelligent Dynamiel AX12-A servomotors. The presented architecture enables synchronous, truly parallel, highspeed control of the individual legs of the robot. The experimental results show, that the proposed architecture achieves 13 times speedup of the communication in comparison to the PC implementation of the robot controller. Further, a custom designed printed circuit board (PCB) that interfaces the FPGA development board to the robot is presented. Further, the custom designed PCB allows interfacing of other sensors, it integrates a power converters for the FPGA board, and a Li-poly battery watchdog to cut of the electric current to prevent depleting, and thus damaging, of the batteries.