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