An encoder fault tolerant FGPA based robot control using bluetooth of a smart phone

Abstract

Enkoder hatasına toleranslı algoritmaya sahip olan, FPGA tabanlı Bluetooth kontrollü bir robot sunulmaktadır. Dönme, hızlanma veya frenleme gibi kullanıcı hatalarını ortaya koymak için akıllı telefon kullanıldı ve bu veriler Bluetooth kullanılarak robota gönderildi. Motor kontrol algoritmaları ve robot komünikasyon ara yüzü gibi paralel işlemler için FPGA'de uygulandı. Robot, iki bağımsız PI kapalı çevrim hız kontrollü DC motor yardımıyla pozisyonunu değiştirebiliyor. Motor hızı, akıllı telefondaki akselometre sensörü verileri tarafından belirlendi. FPGA, hız bilgisini alıp, bu hız bilgisi doğrultusunda PWM sinyalleri üretir. Motor devri, döner enkoder geri beslemesi ile hesaplanır. Enkoder arızası olduğu durumda, yerleşik bir jiroskop, robotun normal çalışmayı sürdürmesine yardımcı olur. Android tabanlı akıllı telefon uygulaması geliştirildi. MATLAB, bir enkoder hatasını simüle etmek ve sonuçları görmek için kullanıldı. Motor kontrol algoritması Verilog kullanılarak gerçekleştirildi ve alanda test edildi.

An FPGA based Bluetooth controlled robot with encoder fault tolerant algorithm is presented. The smart phone is used to obtain user intentions, such as turning, speeding or braking and this data is sent to a robot using Bluetooth. The motor control algorithms and robot communication interfaces are implemented on FPGA for parallel processing. The robot is capable of changing its position with the help of two independent PI closed loop speed controlled DC motors. The motor speed is determined by smart phone accelerometer's sensor data. The FPGA receives speed information and generates PWM signals based on this speed data. Motor rpm is calculated via rotary encoder's feedback. In case of an encoder failure an onboard gyroscope helps maintaining normal operation. An android based smart phone application has been developed. MATLAB is used for simulating an encoder failure and observation of results. The motor control algorithm has been implemented using Verilog and tested on the field.