Desarrollo de un Robot Móvil con control inteligente usando Algoritmos Evolutivos y un FPGA (parte 1)

RESUMEN

los FPGA cada estudiante es libre de darle inteligencia a su robot, no es obligación seguir parámetros alpie de la letra, lo único que tienen que tener es imaginación y saber de descripción de hardware para que lo que piensan sea lo que llegue al FPGA.

En este proyecto de investigación se ha desarrollado un sistema Inteligente para la navegación del robot XC-3, este sistema esta basado en el desarrollo de un algoritmo evolutivo, que se compone de un "chip ADN emulado electrónicamente", [1] [2][3]de un generador de individuos o soluciones, de un algoritmo de control, de un algoritmo de aprendizaje y de otros algoritmos que interactúan con estos componentes. Todo se implemento en un hardware de ultima tecnología como lo es un FPGA, en este proyecto usamos la tarjeta de desarrollo SPARTAN 3 [4] que tiene un FPGA Xc3s200 Que equivale a 200000 compuertas lógicas programables.

Palabras claves: chip ADN emulado electrónicamente, algoritmos evolutivos, descripción de hardware VHDL, FPGA (field programmable gate array).

Introducción

Se realizó la analogía entre la genética y la electrónica digital (figura # 0) para diseñar un algoritmo total compuesto de sub-algoritmos, esto con el fin de que se complemente la biología y la electrónica para que el XC-3 sea un solo ser viviente digital. Es de aclarar que cada algoritmo es una descripción hardware en VHDL y que al final es implementado en un FPGA. El robot XC-3 posee algo que se ha llamado instinto electrónico y que no le permite al XC-3 realizar acciones que le hagan daño, No se puede olvidar que los humanos también poseen instinto. También el robot XC-3 es capaz de desechar soluciones que haya aprendido y guardar una nueva, esto depende de la cantidad de generaciones que se le deje para que aprenda, estas generaciones pueden ser desde 1 hasta millones. Este paper es de ayuda para los estudiantes que están empezando en este campo de la robótica. No sobrar decir que con los dispositivos como lo son 2.1 Diseño Físico del Robot XC-3

Figura # 0 Analogía entre biología y electrónica digital

Fuente: autores del paper

Contenido

2.1.1 Estructura

El cuerpo del XC-3 se ha hecho de acrílico color negro de 3 a 5 milímetros de grosor., el acrílico es un material muy resistente que permite acondicionar muchos dispositivos al cuerpo del robot sin ningún problema. Todos los elementos en el robot XC-3 son atornillables. En la figura 1 se observan las diferentes partes del XC-3.

Figura # 1 cuerpo del robot XC-3

Fuente: Autores del paper

2.1.2 Tracción

La tracción del XC-3 esta compuesta por:

2 servomotores marca FUTABA S003 debidamente modificados para que giren 360 grados. Los pines de control van conectados al FPGA.

2 llantas de goma usadas en aeromodelismo de 5 cm. de diámetro

1 rueda loca de pasta con un soporte que se usa en aeromodelismo. Ver figura # 2

Figura # 2 partes del XC-3

Fuente: Autores del paper

2.1.3 Sensores

El XC-3 esta equipado con 8 sensores infrarrojos de los cuales se usan 4, se usan los cuatro del frente. Ya que usamos solo cuatro, todo nuestro algoritmo evolutivo gira entorno a las 16 posibilidades de entrada que puede tener el XC-3. Cada sensor esta compuesto por un diodo emisor y un diodo receptor de infrarrojos. En la figura #3 se puede ver como están dispuestos estos sensores. En la fase 2 se implementara los sensores de contacto y serán parte de los infrarrojos, al final los sensores de contacto y los sensores infrarrojos serán un solo sensor.

Figura # 3 partes del XC-3

Fuente: Autores del paper

2.1.4 Acondicionadores de señal

Para el acondicionamiento de la señal el XC-3 usa el integrado LM339N que es un comparador de voltajes. El voltaje de umbral que separa el 0 del 1 lógico esta en 2.2 v permitiendo que los sensores infrarrojos se gradúen para que detecten objetos en un rango de 5 a 10 cm de distancia.

2.1.5 Regulador

El XC-3 posee un regulador L7805 que garantiza un voltaje de 5 voltios DC para los diferentes dispositivos del robot. En la figura # 3 se puede observar el regulador.

2.1.6 Baterías

El XC-3 tiene incorporado 6 pilas recargables para un total de 7.2 voltios. Se escogieron pilas doble AA debido a que los servomotores no consumen mucha corriente. Pero en la fase 2 se cambiaran este tipo de pilas. En la figura #2 se pueden observar las pilas, Están situadas en la parte inferior del primer piso, las pilas están conectadas al regulador de voltaje.

2.1.7 Cableado