FPGA Tabanlı Üç Eksenli Robot Kol Kontrolü

Year 2016, Volume: 21 Issue: 2, 92 - 99, 30.12.2016

Faruk Ayata , Abdülkadir Çakır

Abstract

Teknolojideki hızlı gelişmelere paralel olarak yeniden yapılandırılabilir mimarilere olan ihtiyaç artmaktadır. Bu ihtiyaçlar doğrultusunda Alan Programlanabilir Kapı Dizileri (Field Programmable Gate Array-FPGA) adında sistemler geliştirilmiştir. Bu sistemler binlerce kapıdan oluşmakta, paralel işlemlere ve karmaşık sistemlerin yeniden programlanabilir mimariler ile gerçekleştirilmesine imkân tanımaktadır.

Tasarımcılar için esnek bir platform sunan FPGA’lar günümüzde popüler hale gelmiştir. FPGA’ların en önemli uygulama alanları; görüntü işleme, telekomünikasyon, tıbbi görüntüleme ve otomotiv sanayi sayılabilir. Bu çalışmada FPGA mimarisi ile endüstriyel işlerde kullanılan bir robot kolun kontrolü sağlanmıştır.Yapılan uygulama bilgisayardan bağımsız bir sistem olduğundanrobot kolunun kontrol kartına ihtiyaç duyulmaksızın FPGA, PWM (Pulse-WidthModulation) üreteci olarak kullanılmıştır. Bu sayede kontrol kartının bilgisayar sistemlerine olan bağımlılığı ortadan kaldırılmıştır. Bu kapsamda robot kol üzerinde bulunan beş adet servo motor FPGA geliştirme kartı üzerindeki anahtarlar kullanılarak açılarının değiştirilebildiği bir uygulama geliştirilmiştir.

Tasarlanan robot koldaki servo motorların, FPGA üzerindeki GPIO (General PurposeInputOutput) birimine bağlantıları yapılmış ve Verilog HDL (Hardware Description Language) kodu yazılarak servo motorların dönüş yönü ve açısı belirlenip board üzerindeki anahtarlar aracılığıyla robot kolun hareketi sağlanmıştır.

Son olarak Verilog donanım tanımlama dili kullanılarak hazırlanan kod parçaları birleştirilip işlevsel bir modül haline getirilmiştir. Bu modüller kullanılarak board üzerindeki switchlerin her bir bitlik hareketiyle robot kola 9º’lik bir açı yaptırılmıştır.

References

• Az, I., 2014, FPGA Tabanlı Şifreli Kablosuz Haberleşme Sistemi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Disiplinler Arası Programlar Anabilim Dalı Savunma Teknolojileri Programı, Yüksek Lisans Tezi, 81s, İstanbul.
• Brown, S. D., Rose, J., Vranesic, Z.G., (1993) A Stochastic Model to Predict the Routability of Field-Programmable Gate Arrays. Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, IEEE Transactions on Volume 12.
• Güzel, S.M., 2008. Altı Eksenli Robot Kolun Hareketsel Karakteristiğinin Görsel Programlanması ve Gerçek Zamanlı Uygulamalar. Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Bilgisayar Mühendisliği Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, 126s, Ankara.
• Temür, G., 2013, Yapay Sinir Ağlarının Otomatik Olarak FPGA Çipine Uygulanması İçin Denetleyici Tasarım Aracı, Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik Eğitimi Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, 92s, Düzce.
• Toker, K., 2012, Değişken Hızlı Rüzgâr Enerji Çevrim Sisteminin Yenilikçi FPGA Kontrol Uygulaması, Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Anabilim Dalı, Doktora Tezi, 218s, İzmir.
• Tuncer, A., 2013, Otonom Araçlar İçin Yol Bulma Probleminin Genetik Algoritmalar Ve FPGA ile Çözümü ve Gerçekleştirilmesi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektronik Ve Bilgisayar Eğitimi Anabilim Dalı , Doktora Tezi, 141s, Kocaeli.
• Yıldız, N., 2013, Bir Hücresel Sinir Ağı Emülatörünün Tasarlanması ve FPGA Üzerinde Gerçeklenmesi,Yıldız Teknik Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Anabilim Dalı, Doktora Tezi, 79s, İstanbul.
• Yılmaz, E., 2013, FPGA ile Veri Gizleme Uygulamaları, Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, 62s, Bursa.