Control de los movimientos de un robot industrial utilizando un módulo fpga de_soc de altera, una pc y una máquina cnc de bajo coste

Abstract

El presente trabajo aborda el desarrollo de una metodología para el control de los movimientos de un robot industrial del tipo cartesiano. Para ello cumple con la programación de una tarjeta de desarrollo basado en FPGA con procesadores embebidos De0_Nano_SoC y una PC, con la finalidad de posteriormente integrarlos a una máquina CNC Joyo – 2020. Los pasos seguidos son, primero, el análisis estructural utilizando el software Solidworks de la máquina CNC. Segundo, un modelamiento cinemático basado en la estructura analizada en el paso previo, con el respectivo modelado de planificación de trayectorias usando un interpolador cúbico, un algoritmo de generación de velocidades angulares propuesto por David Austin y un algoritmo de procesamiento digital de imágenes propuesto por el autor, orientado al establecimiento de trayectorias a partir de imágenes .jpg o .png. Tercero, la simulación de los modelos del paso anterior usando el software Matlab. Cuarto, corroborada la utilidad de los modelos matemáticos y algorítmicos, se procede con el diseño del hardware para la generación de pulsos de los motores paso-paso, usando un lenguaje de descripción de hardware, el VHDL para la programación del FPGA; y del hardware para el acondicionamiento de los sensores de final de carrera. Quinto, la programación de los procesadores de la tarjeta, denominados HPS (hard processor system), instalando primero en éste el sistema operativo Ubuntu 14.04.4, para luego desarrollar el programa «cerebro» del robot, haciendo uso del lenguaje C. Sexto, la programación de la interfaz gráfica de usuario, con la que podrá el operario ordenar al robot el trabajo requerido; se hace uso del Visual Studio .Net, con el lenguaje de programación Visual Basic. Y finalmente, se realizan las pruebas pertienentes.

The present Project is about a methodology for the control of the Cartesian industrial robot’s movements using a SoC FPGA and a PC both integrated with a CNC machine called JOYO – 2020. The steps developed are as follow, first, is realized a structure analysis of the CNC machine using Solidworks software. Second, a kinematics modeling based on the structure analyzed in the previous step, added to this a trajectory planning modeling using a cubic splin interpolator, an algorithm for generating angular velocities and a digital image processing oriented to stablishing trajectories from .jpg or .png images. Third, the simulation of all models of the previous step using Matlab software. Forth, corroborated the usefulness of the mathematical and algorithmic models is necessary the hardware design for stepper motor’s pulses generation, using VHDL for programming the FPGA, and the hardware design for conditioning of end-of-stroke sensors. Fifth, the programming of the SoC FPGA’s hard processor system, using an Ubuntu 14.04.4 operating system and the DS-5 ARM integrated design development with the C language. Sixth, the graphical user interface programming using Visual Studio .Net and Visual Basic language, that is necessary for the communication between the user and de robot. Finally are realize the pertinent tests.