Ing. Eduardo Damián Granzella Ing. Christian R. Gutierrez.

Presentación del tema: "Ing. Eduardo Damián Granzella Ing. Christian R. Gutierrez."— Transcripción de la presentación:

1 Ing. Eduardo Damián Granzella Ing. Christian R. Gutierrez.
Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires SASE-2013 Implementación FPGA para Manipuladores robóticos y compiladores GNU de programas. Ing. Eduardo Damián Granzella Ing. Christian R. Gutierrez.

2 Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos
Temario Introducción a la Cinemática y Dinámica de los manipuladores robóticos. Implementación en FPGA del control del robot. Introducción y desarrollo de compiladores GNU para robots de N grados de libertad configurables. H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

3 Ejemplos de robots Industriales
H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

4 Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos
Robots Móviles H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

5 Estructura mecánica del manipulado
Mecánicamente, un robot está formado por una serie de elementos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. La constitución física de la mayor parte de los robots industriales guarda cierta similitud con la anatomía del brazo humano, por lo que en ocasiones, para hacer referencia a los distintos elementos que componen el robot, se usan términos como cuerpo, brazo, codo y muñeca. El movimiento de cada articulación puede ser de : Desplazamiento Giro Combinación de ambos. De este modo son posibles los seis tipos diferentes de articulaciones . H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

6 Geometrías de manipuladores robóticos
Cuantos grados de movilidad tiene un cuerpo rígido en el plano? 3 (x, y, θ) Para lograr un posicionamiento en el espacio es necesario poder controlar 3 ejes de posición y 3 ejes de rotación 6 (x, y, z, ρ, θ, φ) H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

7 Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos
Grados de Libertad [§26] H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

8 Esquema general de un robot
H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

9 Arquitecturas de robots Industriales
Robots SCARA (Selective compliant assembly robot arm)) [§IFR] Robot que tiene dos articulaciones de rotación para proporcionar una situación de conformidad en el plano. H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

10 Arquitecturas de robots Industriales
Robots Articulados [§IFR] Robot cuyo brazo tiene al menos tres articulaciones de rotación. H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

11 Arquitecturas de robots Industriales
Robots Paralelo [§IFR] Cuyos brazos robot poseen concurrencia de articulaciones prismáticas o rotativas . H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

12 Actuadores Eléctricos
Motor Brushless Los motores DC brushless son otro tipo de servomotor en que la retroalimentación es necesaria. Al contrario de los motores DC , estos realizan la conmutacion de las bobinas electronicamente, de modo que la mecánica colector y cepillos ya no son necesarios .. Motores brushless DC se utilizan comúnmente en aplicaciones de robótica a causa de su alta capacidad de velocidad, alta eficiencia y bajo mantenimiento A su vez son capaces de obtener una mayor velocidades, debido a la eliminación de la mecánica colector. Son más eficientes porque el calor de los bobinados del estator puede ser disipado con mayor rapidez a través del casco de motor. Por último, requieren menos mantenimiento porque no tienen cepillos que requieren reemplazo periódico. Sin embargo, el coste total del sistema para motores brushless es superior a la de los motores DC cepillo debido a la complejidad de conmutación electrónica. H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

13 Actuadores Eléctricos
Motor Paso a Paso En los últimos años se han mejorado notablemente sus características técnicas, especialmente en lo relativo a su control, lo que ha permitido fabricar motores paso a paso capaces de desarrollar pares suficientes en pequeños pasos para su uso como accionamientos industriales. Existen tres tipos de motores paso a paso : De imanes permanentes. De reluctancia variable. Híbridos. H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

14 Compiladores DESARROLLO DEL LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN, COMPILADOR Y SIMULADOR ASOCIADO PARA ROBOT TIPO SCARA Robot tipo SCARA de 3 grados de libertad H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

15 Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos
Introducción : Desarrollo de un compilador del Lenguaje RT (Robot Tecnológico) Características del Lenguaje RT Controlador embebido Programador gráfico o HMI (Interfaz hombre-máquina) H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

16 Ventajas Comparativas
Programado en software libre puede ser ejecutado tanto en Linux como en Microsoft Windows. No requiere el pago de licencias de uso por estar programado bajo licencia GPL (GNU General Public Licence). El compilador es escalable y de código abierto. Permite: Agregar nuevas funciones. Adaptarlo a cualquier otro manipulador. Modificar el programa según necesidades. Adaptar o traducir las instrucciones. H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

17 Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos
Robot SCARA Selective Compliant Assembly Robot Arm Manipulador de 3 grados de libertad 2 articulaciones rotativas 1 actuador lineal H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

18 Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos
Espacio de trabajo Configuración “brazo derecho” H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

19 Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos
Espacio de trabajo Configuración “brazo Izquierdo” H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

20 Espacio de trabajo alcanzable
Usando ambas configuraciones H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

21 Compilador Traduce un programa escrito en un lenguaje determinado a otro lenguaje, creando un programa equivalente que pueda ser interpretado por la máquina. Código fuente Programa ejecutable (robcomp) Compilador Programa en Lenguaje RT robcomp dq123 Consignas de velocidad de cada articulación  Al controlador H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

22 Funciones Generales PC Linux o Windows xyz Para visualización
o simulación (Matlab, gnuplot, Programador Gráfico) Programador Gráfico o Editor de texto q123 Config. do NO Programa RT Compilador RT OK? SI dq123 Datos para PWM y salidas Firmware + VHDL dq123 dq1 Sincronismo con Clock Controlador PWM 1 M1 dq2 Controlador PWM 2 M2 dq3 DO byte Controlador PWM 3 M3 H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos Driver Salidas DO

23 Funciones del compilador
Código fuente Generación de Trayectorias xyz Verificación Espacio Alcanzable Calculos Cinematica Inversa q123 Verificación Limites Velocidad dq123 H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

24 Compilador - Diagrama en Bloques
Visualización y simulación H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

25 Proceso de build del compilador
robcomp.l robcomp.y main.c gentray.c cineinv.c robcomp.h bison gcc -o gcc -o gcc -o y.tab.h y.tab.c Makefile main.o gentray.o cineinv.o make flex gcc -o lex.yy.c y.tab.o gcc robcomp gcc -o lex.yy.o H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

26 Lenguaje RT – Características
4 tipos de movimientos: Movimiento articular (q1 q2 q3) Movimiento rápido sin trayectoria definida En línea recta En trayectoria circular 1 1 2 1 3 3 3 2 4 1 3 2 H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos 2

27 Lenguaje RT – Características
Trabajo con puntos predefinidos: Posición cartesiana (x y z) Posición articular (q1 q2 q3) Visualización y modificación de variables Salidas digitales Manejo de esperas Soporte para comentarios H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

28 Lenguaje RT – Características
2 tipos de perfiles de velocidad: Perfil trapezoidal Perfil cicloidal Perfil trapezoidal Perfil cicloidal Posición Velocidad Aceleración [°/s] [°/s2] [°] t [s] H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

29 Lenguaje RT – Características
Sistemas de coordenadas Offset general (xOffset yOffset zOffset) Coordenadas: Absolutas (x y z) Relativas (xr yr zr) y yr yactual xr y0 yOffset xactual x xOffset x0 H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

30 Lenguaje RT – Características
Trabajo con puntos predefinidos: Posición cartesiana (x y z) Posición articular (q1 q2 q3) Visualización y modificación de variables Salidas digitales Manejo de esperas Soporte para comentarios H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

31 Controlador - Diagrama en Bloques
H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

32 Driver en VHDL - Esquemático
Motor brushless H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

33 Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos
mover mover linea s100 linea s100 linea s100 linea s100 linea s100 mover mover circ s100 mover c0 mover mover circ s100 Mover fin H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

34 Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos
Compilador Grafico H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

35 Caractesticas del compilador
4 tipos de movimientos: Movimiento rápido sin trayectoria definida Movimiento articular En línea recta En trayectoria circular 3 tipos de perfiles de velocidad: MRU (solo para simulación) Perfil trapezoidal Perfil sigmoidal Visualización y modificación de variables Soporta comentarios 3 posicionamientos posibles: Absoluto Relativo Con offset arbitrario Puntos predefinidos: Punto cartesiano Posición articular H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

36 Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos
Preguntas? H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos

37 Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos
GRACIAS ! H.Giannetta Implementación FPGA y Compiladores en manipuladores Robóticos