arquitectura embebida en fpga para control visual dinámico basado en imagen de robots ...

245 Pages·2017·18.38 MB·Spanish

by  Aiman Alabdo

ARQUITECTURA EMBEBIDA EN FPGA
PARA CONTROL VISUAL DINÁMICO
BASADO EN IMAGEN DE ROBOTS
MANIPULADORES

Aiman Alabdo
Universitat d’Alacant
Universidad de Alicante
ARQUITECTURA EMBEBIDA EN FPGA
PARA CONTROL VISUAL DINÁMICO
BASADO EN IMAGEN
DE ROBOTS MANIPULADORES
Aiman Alabdo
Tesis doctoral
Alicante, julio 2017

Departamento de Física, Ingenierí a de Sistemas y Teoría de la Señal
Escuela Politécnica Superior

ARQUITECTURA EMBEBIDA EN FPGA PARA
CONTROL VISUAL DINÁMICO BASADO EN
IMAGEN DE ROBOTS MANIPULADORES

Aiman Alabdo

Tesis presentada para aspirar al grado de
DOCTOR POR LA UNIVERSIDAD DE ALICANTE

Doctorado en Automática y Robótica

Dirigida por:
Jorge Pomares Baeza
Gabriel Jesús García Gómez

... نيرول ،ةيرغصلإ تييرمأ لىإ

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Agradecimientos
El desarrollo de la presente Tesis Doctoral no hubiera sido posible sin un conjunto de per-
sonas a las que, en este momento, al finalizar esta etapa de mi vida, me gustaría dar un
especial reconocimiento y agradecer su contribución, de una u otra forma, a este trabajo.
A mi padre y mi madre por confiar en mí y estar conmigo siempre, brindando su apoyo,
orientación, cercanía y motivación a seguir estudiando a pesar de los duros tiempos de
guerra que están viviendo en mi país Siria desde hace seis años y hasta el momento.
A Dalia, mi mujer, por apoyarme a lo largo de estos cuatro años, y por estar a mi lado y
comprender mi manera de ser. Te quiero amor.
A los directores de esta tesis, Jorge y Gabriel, por estar siempre disponibles y aclarar las
dudas durante el desarrollo de la tesis, y por sus consejos y críticas constructivas.
A mis compañeros del laboratorio de Automática y Robótica del Departamento de Física,
Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal en la Universidad de Alicante, por compartir
sus experiencias y estar siempre dispuestos a echar ese cable cuando se ha necesitado.
A los profesores del grupo AUROVA por su ayuda y sus ánimos para llegar a cumplir
este trabajo.
A Foro, mi gran amiga, por darme siempre fuerza y cariño desde mi primer día en España
y hasta ahora.
A Ángela y Alejandro, mi queridísima familia en Alicante.
Finalmente, me gustaría dar las gracias a las personas más importantes de mi vida, a las
que han disfrutado y sufrido conmigo la decisión de dedicarme en exclusiva a realizar mis
estudios desde los 18 años, lejos de ellos: a toda mi familia, en especial a mi hermana Ey-
man quien se dedicó a enseñarme todo desde niño y me motivaba siempre para llegar a
este punto.
A todos los que, por despiste (disculpadme), puedo haber olvidado.
Aiman Alabdo

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Resumen
En esta Tesis Doctoral se presenta una arquitectura para el control visual de robots
manipuladores embebida en FPGA. El objetivo fundamental de esta arquitectura es
obtener una plataforma hardware y software en la que implementar controladores
visuales dinámicos. Además, en la Tesis se presentan distintas contribuciones entre las
que se encuentra tanto la propia arquitectura como los distintos controladores
implementados y las optimizaciones de los mismos.
La mayoría de los sistemas de control visual basados en imagen implementados hasta
la actualidad son controladores visuales indirectos en los que la acción de control está
formada por las velocidades articulares o en el espacio de la tarea a aplicar al robot para
conseguir su posicionado respecto a un objeto observado. El control directo de los
motores de cada articulación del robot se deja en este caso en manos del controlador
interno del robot, que traducirá esas velocidades en pares articulares. En esta Tesis se trata
fundamentalmente el caso de sistemas de control visual directo basados en imagen para el
seguimiento de trayectorias. En este caso, la acción de control es ya directamente un
vector de pares articulares, con el propósito de seguir una trayectoria previamente
especificada en el espacio de la imagen. Un aspecto fundamental a la hora de mejorar el
desempeño de este tipo de controladores es reducir su latencia y, para abordar este
objetivo, se ha realizado el diseño, construcción, implementación y programación de la
arquitectura hardware y software necesaria para dar soporte a los controladores
propuestos.
En la Tesis se describe en detalle una arquitectura embebida reconfigurable para el
control visual dinámico de robots manipuladores basada en FPGA. Esta arquitectura
puede ser fácilmente adaptada para el control de cualquier robot articular sin más que
modificar ciertos módulos dependientes del hardware. La arquitectura propuesta es
modular y flexible para poder adaptarse a posibles cambios que puedan producirse como
consecuencia de la incorporación o modificación del driver de control, o incluso a cambios
en la configuración del sistema de adquisición de datos o su control. Se ha prestado

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