Robotik sistemler için otomatik olarak donanım bileşenleri üreten bir teknik

Bir FPGA tasarımının robotik uygulamaları için genel donanım mimarisi. Kredi: Podlubne ve ark.

Robotlar giderek daha sofistike ve gelişmiş hale geldikçe, genellikle robotik uzuvlar, motorlar, sensörler ve aktüatörler dahil olmak üzere artan miktarda donanım bileşenine ihtiyaç duyacaklar. Ayrıca robotlar, sensörleri tarafından toplanan verileri işleyen ve gelecekteki eylemlerini buna göre planlayan entegre bilgisayarlara sahiptir.

Bununla birlikte, şu anda bu bilgisayarlarda çalışan çoğu yazılım çözümü ideal değildir, çünkü hız sınırlamaları onları gerçek zamanlı olarak özellikle büyük miktarları işleyemez hale getirir. Robotların içine entegre edilmiş bilgisayarların yeteneklerini geliştirmenin olası bir yolu, programlanabilir ara bağlantılar aracılığıyla bağlanan bir yapılandırılabilir mantık blokları matrisine dayalı yarı iletken cihazlar olan sahada programlanabilir kapı dizileri (FPGA’lar) kullanmaktır.

Bu cihazların önemli bir avantajı, belirli uygulamalara uyacak şekilde yeniden programlanabilmeleridir. FPGA’lar, robotların bilgi işlem yeteneklerini önemli ölçüde artırırken, onları belirli uygulamalara daha uyumlu hale getirebilir. Ancak, belirli entegrasyon yeteneklerine sahip bireysel hızlandırıcıların kullanılması, bunların uygulanabilirliğini sınırladığından, bunları mevcut sistemlere dahil etmenin şimdiye kadar oldukça zorlayıcı olduğu kanıtlanmıştır.

Technische Universität Dresden’deki (TUD) araştırmacılar, çok sayıda donanım hızlandırıcıyı entegre eden robotların geliştirilmesine olanak sağlayabilecek bir teknik geliştirdiler. Bu teknik, yayınlanan bir makalede sunulan IEEE Erişimi, nihayetinde robotik sistemlere güç sağlayan mevcut yazılım bileşenlerinin FPGA’lara dayalı bileşenlerle değiştirilmesini kolaylaştırabilir.

Araştırmacılardan Ariel Podlubne, “Bu çalışma, gerçek, sanal ve uzak ortamlarda insanlar ve makineler veya daha genel olarak siber-fiziksel sistemler (CPS) arasındaki işbirliklerini geliştirmeyi amaçlayan CeTI projesi bağlamındadır.” TechXplore’a, çalışmayı kimin yürüttüğünü söyledi. “Özellikle, gömülü donanım araştırmaları (Uyarlamalı Dinamik Sistemler Başkanı) ve yazılım modellemeyi (Yazılım Teknolojisi Başkanı) birleştiren disiplinler arası bir çalışmadır.”

Podlubne ve meslektaşları tarafından yapılan yeni çalışma, FPGA’ları robotik sistemlere entegre etmenin olası yollarını araştıran önceki araştırmalarının bir uzantısıdır. Sundukları yaklaşım, Robot İşletim Sistemi (ROS), ROS2 işletim sistemleri ve potansiyel olarak diğer yazılım çözümleriyle ilişkili mesaj özelliklerinin kapsamlı bir analizini gerçekleştirir. Ardından, robotik sistemler için donanım arayüzleri ve mimariler oluşturmak için bu analizin sonuçlarını kullanır.

Robotik sistemler için otomatik olarak donanım bileşenleri üreten bir teknik

Donanım arabirimlerini oluşturmak için karmaşık bir aşamalı model odaklı kod oluşturma araç zinciri kullanılır. Kredi: Podlubne ve ark.

Podlubne, “Çalışmamız, robotikçiler için bilinen bir spesifikasyona (ROS mesajları) dayanarak uygulamanın basit bir açıklamasından karmaşık bir FPGA tabanlı sistem oluşturma yeteneğini gösteriyor.” Dedi. “Bununla, robotik bir sistemin parçaları bir FPGA ile değiştirilebilir, bu da daha iyi performans gösteren ve daha enerji verimli sistemler oluşturur.”

Araç zinciri, yalnızca sistem üzerinde çalışan geliştiriciler tarafından programlanması gerekecek olan hızlandırıcı mantığı hariç, yüksek performanslı bir robotik sistem oluşturmak için gerekli tüm bileşenleri üretebilir. Böylece yeni yaklaşım, robot oluşturanlar için hantal bir görev olabilen donanım mimarilerinin ve yazılım bileşenlerinin arayüzlenmesini önemli ölçüde basitleştirebilir.

Başlangıçta araştırmacılar, yöntemlerinin ROS işletim sistemine dayalı sistemler için donanım bileşenleri üretebileceğini gösterdi. Ancak daha sonra işlevlerini ROS2 işletim sistemini de destekleyecek şekilde genişletebildiler.

Podlubne, “Test altyapısı tamamlayıcı bir çabaydı.” Dedi. “Bazı kullanım durumlarının ötesinde, mevcut tüm ROS mesajlarını değerlendirmek için bir adım daha ileri gittik. Geliştirme süreci, sağlam bir çözüme sahip olmak için birden fazla yineleme içerdiğinden, bunun son derece yararlı olduğu kanıtlandı. Amacımız, tam ROS/ROS2 desteği elde etmekti ve hedefimiz test altyapısı, hataları yakalamamızı ve araştırmamıza güven oluşturmamızı sağladı.”

Gelecekte bu yaklaşım, FPGA’lara dayalı daha iyi performans gösteren robotik sistemlerin geliştirilmesine giden yolu açabilir. Bu sistemler, gerçek zamanlı olarak daha büyük miktarda veriyi analiz etme yeteneğine sahip olabilir ve böylece insanlara daha karmaşık problemleri çözmede yardımcı olabilir.

“Bir sonraki çalışmalarımız, FPGA hızlandırıcılarının (hesaplamanın yapıldığı yerde) yerleştirilmesini otomatikleştirmek için araç zincirini genişletmeye odaklanacak ve hızlandırıcıları anında değiştirmek için Dinamik Kısmi Yeniden Yapılandırmayı (DPR) içerecek ve uygulamanın mevcut ihtiyaçlarına göre. konuşlandırıldı,” diye ekledi Podlubne.


Yüksek hızlı robot hava hokeyinde genel amaçlı manipülatörlerin kullanımına olanak sağlayan bir politika


Daha fazla bilgi:
Ariel Podlubne ve diğerleri, Robotik için Donanım Mimarilerinin Otomatik Üretimi için Model Tabanlı Yaklaşım, IEEE Erişimi (2021). DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3119061

Ariel Podlubne ve diğerleri, FPGA-ROS: Robot İşletim Sistemini FPGA Tasarımlarıyla Geliştirme Metodolojisi, 2019 Uluslararası Yeniden Yapılandırılabilir Hesaplama ve FPGA’lar Konferansı (ReConFig) (2020). DOI: 10.1109/ReConFig48160.2019.8994719

Johannes Mey ve diğerleri, İlişkisel referans öznitelik gramerleri: Sürekli model doğrulamasının iyileştirilmesi, Bilgisayar Dilleri Dergisi (2020). DOI: 10.1016 / j.cola.2019.100940

© 2021 Bilim X Ağı

Alıntı: 20 Kasım 2021’de https://techxplore.com/news/2021-10-technique-automatically-hardware-components-robotic.html adresinden alınan robotik sistemler (2021, 21 Ekim) için otomatik olarak donanım bileşenleri oluşturmaya yönelik bir teknik

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.





#Robotik #sistemler #için #otomatik #olarak #donanım #bileşenleri #üreten #bir #teknik