Adaptación de un sensor de proximidad y táctil mediante FPGAs para la interacción humano-robot

Abstract

Este proyecto tiene por objeto optimizar el procesamiento de la señal de un sensor de proximidad y táctil que fue desarrollado por el Instituto de Antropomática y Robótica de la división de Automatización Inteligente de Procesos y Robótica del Instituto Tecnológico de Karlsruhe. Se ha realizado un estudio del sistema para conocer su arquitectura: el sistema de obtención de datos junto con el sensor, la lógica interna de procesamiento de señales con todos sus módulos, el subsistema de envío de datos y el sistema cliente para la recepción de los datos. Durante el estudio del sistema, el trabajo se ha centrado en el subsistema de procesado de señal. A este fin, se ha optado por crear un modelo en Matlab y simular su comportamiento. Con los resultados obtenidos de esta simulación se ha analizado cada uno de los cambios que el sistema real produce en la señal. El siguiente paso consiste en profundizar en el conocimiento de cada uno de los submódulos de la lógica de procesamiento de señal. Para ello se ha realizado el análisis de cada submódulo por separado: el submódulo DFT, el submódulo de raíz cuadrada, los submódulos de filtros FIR, el submódulo de diezmado, el submódulo integrador y el submódulo FIFO, entre otros. Como quiera que se trata de módulos ya disponibles en VHDL, se han propuesto mejoras para su rediseño con el objetivo de mejorar sus prestaciones. Una vez realizadas las tareas descritas, se toman métricas de latencia. Para ello se dispone de un temporizador que se activa y desactiva en función de ciertas condiciones de las señales bajo estudio. Las señales de arranque se configuran para que se activen al tiempo que un dato entra en el sistema y la señal de finalización se establece justo cuando este dato sale del sistema. La segunda forma elegida consiste en configurar un testbench para simular el sistema, analizando el flujo de información y conocer así su latencia. Al tiempo calculado con cada uno de estos métodos tenemos que añadirle el tiempo necesario para que los datos salgan del subsistema a través de la interfaz Ethernet y lleguen a la máquina cliente o al control del robot. El trabajo concluye proponiendo un conjunto de mejoras para optimizar el sistema en términos de latencia y procesamiento de datos.