Fpga tabanlı robotik kontrol


Thesis Type: Postgraduate

Institution Of The Thesis: Marmara University, Institute for Graduate Studies in Pure and Applied Sciences, Department of Electronics-Computer Education, Turkey

Approval Date: 2013

Thesis Language: Turkish

Student: BARIŞ ÇELİK

Principal Consultant (For Co-Consultant Theses): Vedat Topuz

Co-Consultant: Ayça Ak

Abstract:

FPGA TABANLI ROBOTİK KONTROL FPGA (Field Programmable Gate Arrays) tabanlı sistemlerin paralel işlem yapabilmeleri onları mikroişlemcilerden bir adım öne taşımaktadır. FPGA sistemlerinin bu özelliği kullanılarak mikroişlemciler ile yapılması verimli olmayan görüntü işlemeyle robot kontrol uygulaması yapılmıştır. Bu tez çalışması kapsamında FPGA tabanlı görmeye dayalı robot kontrolü gerçekleştirilmiştir. Kameradan alınan gerçek zamanlı görüntü FPGA geliştirme kitinde işlenerek istenilen cismin varlığı ve konumu tespit edilir. Daha sonra alınan bu yer bilgisi çerçevesinde robot kolunun cismi bulunduğu yerden alabilmesi için ihtiyaç duyacağı kontrol sinyali FGPA kartında üretilir. Yapılan uygulama bilgisayardan bağımsız bir sistem olduğundan robot kolunun kontrol kartı yerine FPGA PWM (Pulse-Width Modulation) üreteci olarak kullanılmıştır. Çünkü robot kolun kontrol kartı bilgisayardaki bir ara yüzden bilgisayara bağlanarak çalıştırılmaktadır. Bu kapsamda FPGA geliştirme kartı üzerindeki anahtarlar kullanılarak robot kolun eklem açılarının değiştirilebildiği uygulama geliştirilmiştir. Görüntü işlemede ise kameradan alınan analog video sinyalinin işlenebilmesi için dijitale çevrilmesi gerekmektedir. FPGA geliştirme kartının girişine uygulanan analog video sinyalini dijitale çeviren daha sonra da VGA (Video Graphics Array) monitör çıkışına görüntüyü verebilen bir diğer uygulama geliştirilmiştir. Dijitale dönüştürülen video sinyali işlenerek istenen cismin rengine göre tespiti yapılmıştır. Aynı zamanda cismin koordinatları da belirlenip yeri bulunmuştur. Bulunan koordinatlara göre robot kolun cisme ulaşabilmesi için gerekli olan eklem açılarının bulunmasında iki yöntem kullanılmış olup bunlardan birincisi arama tablosu yöntemi ikincisi ise ters kinematik yöntemidir. Arama tablosu yönteminde daha önceden oluşturulan eklem açıları tablosuna göre robot kontrol edilirken ters kinematik yönteminde ise robot kolun eklem açıları ters kinematik formülleri kullanılarak bulunur. ABSTRACT FPGA BASED ROBOTIC CONTROL FPGA (Field Programmable Gate Arrays) based systems are faster than microprocessor, because they can do parallel process. Robot control with image processing application which is not efficient for microprocessors has been done using this feature of the FPGA based systems. In this thesis, vision based robot control has been performed with FPGA. Real time video taken from the camera is processing by the FPGA development kit DE2-115 then location and presence of the desired object is determined. After this, the FPGA development kit produces the signals, which control the robot arm, in order to take the object from its location. Although developed applications are independent from computers, FPGA development kit is used as a PWM (Pulse-Width Modulation) generator instead of control card of the robot arm. Because the control card of the robot arm works an interface in a computer. So, using switches on the FPGA development board an application is developed, which can change joint angles of the robot arm. In order to process video signal taken from the camera, analogue video must be converted to digital. Another application is developed which can converts from analogue video to digital video and the digital video is transferred VGA (Video Graphics Array) monitor output of the FPGA development kit. The desired object is identified with processing of the converted digital video according to its colour. Also the location and the coordinates of the object are determined. According to the coordinates in order to reach the robot arm of the object, two methods are used to find the joint angles. The first method is lookup table and the second method is inverse kinematic. In the lookup table method robot arm control according to angle table which is had been created previously. In the inverse kinematic method the joint angle of the robot arm is found with using inverse kinematics formulas.