Diseño de una arquitectura embebida para el cálculo cinemático inverso de una extremidad robótica hexápoda de tres grados de libertad mediante el algoritmo cordi en fpga

Abstract

Este trabajo de investigación presenta el diseño de una arquitectura embebida para FPGA basada en CORDIC para un cálculo cinemático inverso de una extremidad robótica hexápoda de tres grados de libertad (3-DOF). Esta propuesta de diseño de arquitectura se aborda primero mediante un análisis de ecuaciones de cinemática inversa de una extremidad hexápoda de 3-DOF y como éstas son adaptadas para diseñar un esquema de arquitectura basada en operaciones de CORDIC. Después de esto, se analiza un área de trabajo de la extremidad del hexápodo de 3-DOF para obtener los requisitos de convergencia de CORDIC. Con respecto a esto, se diseñó una entidad CORDIC de punto flotante de 32 bits de alta precisión que alcanzó los requisitos de convergencia y precisión. Finalmente, se obtiene una comparación de los resultados obtenidos por la propuesta realizada y la realización de los cálculos cinemáticos en software, obteniéndose las ecuaciones de ángulos de articulación que ilustran la velocidad de procesamiento del FPGA, la precisión y los requerimientos de hardware.

This research work presents a CORDIC-based FPGA realization for a three degree of free (3-DOF) hexapod leg inverse kinematics calculation. This proposal architecture design is approached first by a 3-DOF hexapod leg inverse kinematics equations analysis and how are these adaptations to design an architecture scheme based on CORDIC operations. After that, a 3-DOF hexapod leg work area is analyzed to get the CORDIC convergence requirements. Regarding to this, an iterative, high-accuracy, 32-bit floating point CORDIC entity was designed which achieved the convergence and accuracy requirements. Finally, a comparison of the results obtained by the proposal made and the realization of the kinematic calculations in software are obtained, obtaining the angles equations illustrating the precision, hardware requirements and processing speed.