Publicação

Desenvolvimento de uma gateway Ethernet para os robôs CAMBADA

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A equipa CAMBADA é uma equipa de futebol robótico constituída por quatro robôs jogadores e um guarda-redes que participa anualmente no campeonato mundial, RoboCup, na liga MSL. Nesta liga, a construção dos robôs é da total responsabilidade das equipas, levando estas a evoluírem constantemente. O robô CAMBADA é constituído por 3 camadas: visão, processamento e sensorização/locomoção. A interligação entre as duas últimas camadas é, atualmente, realizada por um módulo de gateway que reencaminha, bidirecionalmente, as mensagens trocadas entre elas. A gateway apresentase como mais um módulo CAN existente na base do robô, enquanto a sua ligação ao computador portátil é realizada através de uma ligação USB que emula uma porta de comunicação série. Esta solução apresenta algumas fragilidades a nível electro-mecânico e ao nível da comunicação. Como resultado da identificação destes problemas, a presente dissertação descreve o projeto e desenvolvimento de uma nova gateway baseada num microcontrolador com a capacidade de ligação às redes CAN e Ethernet. Desenvolveu-se a nova gateway. Este desenvolvimento começou por uma pesquisa de quais os microcontroladores com essa capacidade, seguindo-se uma abordagem ao software, firmware e hardware. Inicialmente desenvolveu-se o firmware otimizado para ter a capacidade de receber uma mensagem contendo várias tramas com o comportamento do robô. De seguida, procedeu-se à adaptação do software ao nível central de processamento com vista a assegurar a capacidade de comunicação com a nova gateway mas mantendo a retrocompatibilidade com as versões existentes. Por fim, na última fase, foi necessário desenhar e instanciar uma placa cumprindo os requisitos que permitam a sua integração direta no robô. Uma vez cumprido o desenvolvimento, foi necessário testar todo o sistema para validar a solução encontrada. Para isso, foram realizados vários ensaios intensivos para caraterizar a nova placa. Verificou-se que o tempo de comunicação de uma mensagem diminuiu substancialmente e a capacidade de transportar mais informação aumentou. Esta melhoria diminuiu o tempo por mensagem em, aproximadamente, 20 vezes e a capacidade de transportar uma mensagem de 400 bytes, num único pacote UDP. Por outro lado, estas alterações trazem uma desvantagem que passa pela quadruplicação do consumo da nova gateway, passando a ser de aproximadamente de 200 mA. Concluiu-se que, apesar do maior consumo, as melhorias obtidas favorecem o robô CAMBADA, pelo que esta nova versão passará a ser instalada em todos os robôs.
Autores principais:	Pinto, Francisco Menezes Rodrigues
Assunto:	Arquitetura Equipa CAMBADA gateway Ethernet Robótica Microcontroladores Sistemas de tempo real
Ano:	2020
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Aveiro
Idioma:	português
Origem:	RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro

Descrição
Resumo:	A equipa CAMBADA é uma equipa de futebol robótico constituída por quatro robôs jogadores e um guarda-redes que participa anualmente no campeonato mundial, RoboCup, na liga MSL. Nesta liga, a construção dos robôs é da total responsabilidade das equipas, levando estas a evoluírem constantemente. O robô CAMBADA é constituído por 3 camadas: visão, processamento e sensorização/locomoção. A interligação entre as duas últimas camadas é, atualmente, realizada por um módulo de gateway que reencaminha, bidirecionalmente, as mensagens trocadas entre elas. A gateway apresentase como mais um módulo CAN existente na base do robô, enquanto a sua ligação ao computador portátil é realizada através de uma ligação USB que emula uma porta de comunicação série. Esta solução apresenta algumas fragilidades a nível electro-mecânico e ao nível da comunicação. Como resultado da identificação destes problemas, a presente dissertação descreve o projeto e desenvolvimento de uma nova gateway baseada num microcontrolador com a capacidade de ligação às redes CAN e Ethernet. Desenvolveu-se a nova gateway. Este desenvolvimento começou por uma pesquisa de quais os microcontroladores com essa capacidade, seguindo-se uma abordagem ao software, firmware e hardware. Inicialmente desenvolveu-se o firmware otimizado para ter a capacidade de receber uma mensagem contendo várias tramas com o comportamento do robô. De seguida, procedeu-se à adaptação do software ao nível central de processamento com vista a assegurar a capacidade de comunicação com a nova gateway mas mantendo a retrocompatibilidade com as versões existentes. Por fim, na última fase, foi necessário desenhar e instanciar uma placa cumprindo os requisitos que permitam a sua integração direta no robô. Uma vez cumprido o desenvolvimento, foi necessário testar todo o sistema para validar a solução encontrada. Para isso, foram realizados vários ensaios intensivos para caraterizar a nova placa. Verificou-se que o tempo de comunicação de uma mensagem diminuiu substancialmente e a capacidade de transportar mais informação aumentou. Esta melhoria diminuiu o tempo por mensagem em, aproximadamente, 20 vezes e a capacidade de transportar uma mensagem de 400 bytes, num único pacote UDP. Por outro lado, estas alterações trazem uma desvantagem que passa pela quadruplicação do consumo da nova gateway, passando a ser de aproximadamente de 200 mA. Concluiu-se que, apesar do maior consumo, as melhorias obtidas favorecem o robô CAMBADA, pelo que esta nova versão passará a ser instalada em todos os robôs.