Роботизированная колесная платформа RASH3 на базе FPGA

Компания Endurance предоставила нашему порталу информацию о своей разработке RASH3 – это мобильная движущаяся платформа, которая может быть использована для создания полноценных роботизированных систем с целью обучения и получения навыков разработки электроники.

В ноябре 2016 г. Endurance начинает разработку Rash 3 на базе программно-логической интегральной схеме FPGA Altera/Xilinx.

Что такое FPGA?

Программируемая логи́ческая интегральная схема (ПЛИС, англ. programmable logic device, PLD) — электронный компонент, используемый для создания цифровых устройств. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС задаётся посредством программирования (проектирования). Для программирования используются программатор и IDE (отладочная среда), позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках описания аппаратуры: Verilog, VHDL, AHDL и др.

RASH3 это:

• прочное, металлическое шасси с большим клиренсом;
• 4 независимых мотора (полный привод);
• автономное питание на базе литиевых батарей;
• автономная плата управления, обеспечивающая;
• электронный контроль за состоянием питания платформы;
• мониторинг пространства по ходу движения и автоматическое предотвращение столкновений (при наличии ИК или УЗ датчиков расстояния);
• реализацию протокола управления платформой на базе интерфейса UART.

Главные особенности робота:

Робот способен передвигаться по закрытому и открытом пространству (удалить), управляемый оператором с помощью телефона или планшета через Bluetooth и WiFi. Одной из особенностей робота является возможность направлять его движение посредством поворота головы. Поворачивая голову вправо, оператор направляет робота направо, при повороте головы влево робот поворачивает налево. Эту функцию обеспечивает Google API под Android.

Платформа является универсальной и может использоваться для тестирования автопилота (при установки лидара, сонаров или ИК датчиков). Также с помощью данной платформы можно создать приложение с дополненной реальностью (Augmented reality), но главным является возможность установки руки-манипулятора, что сделает платформу пригодной для научных исследований и практических работ (в качестве мини робота-погрузчика).

Немаловажным аспектом является наличие у колесной платформы большого количества доступных крепежей, что позволяет доработать и модернизировать корпус, напечатав, к примеру, те или иные детали на 3D-принтере.

Платформа RASH3 может иметь электронику на базе микроконтроллера (Arduino), что в настоящий момент уже реализовано, или на базе программно-логической интегральной схемы (FPGA).

Использование FPGA позволяет:

• получить представление о принципах работы с FPGA;
• познакомиться с языками низкоуровневого программирования HDL (VHDL/Verilog);
• освоить процесс разработки, создания, моделирования и отладки программ для FPGA.

Микросхемы FPGA используются в военной и аэрокосмической областях, в надежных промышленных системах, телекоммуникациях и для высокоскоростной обработки цифровых сигналов.

Разработка робота Rash 3 на базе FPGA – это уровень низкоуровневой разработки электроники. Уровень сложный, но позволяющий обеспечить быстрое и одновременное выполнение множества операций, а также организовать гибкую и производительную обработку данных.

Разработка на VHDL даёт новый уровень контроля разработки принципиально отличается от программирования микроконтроллеров. Разработчику нужно забыть о последовательных операция на микроконтроллере, как на МК Arduino – в FPGA обработку сигналов и выполнение вычислений можно сделать одновременно за несколько периодов тактовой частоты, т.е., буквально, за несколько десятков наносекунд!

Преимущества

Универсальность. При смене модели одного микроконтроллера нужно подробно изучать документацию. При разработке на FPGA, достаточно знать Verilog или VHDL, то можно не только программировать любой FPGA.

Разработка RASH3 на FPGA позволит понять, как и почему работают микросхемы!

В итоге разработка будет полностью open - source, доступный для разработчиков и образовательных учреждений.