1 Introducción

La locomoción es la capacidad de los robots para desplazarse de un punto a otro. Engloba varios aspectos: desplazamiento de un incremento en línea recta, movimientos en cualquier dirección dentro de un plano, planificación de trayectorias y navegación. La locomoción es especialmente importante en la exploración de terrenos desconocidos. Tradicionalmente se han diseñado robots específicos para desplazarse en entornos conocidos. Las características del medio se fijan como parámetros de diseño del robot. Tal es el caso del CMU Ambler[1,2], diseñado para la exploración de la superficie de Marte, o de Dante II[3,4], utilizado en Julio de 1994 para descender al interior del cráter del Monte Spurr en Alaska. Ambos proyectos fueron subvencionados por la NASA.

En 1994, Mark Yim[5] diseñó y construyó el robot Polypod[6,7,8], aportando un nuevo enfoque al problema de la locomoción: el diseño de robots modulares y reconfigurables, capaces de cambiar su forma para desplazarse de una manera u otra, según el terreno. En 1998 se desarrolló en el Park la primera versión del robot Polybot[9,10], constituido por módulos mecánicamente más simples. Se implementaron diferentes formas de locomoción, consolidando la robótica modular reconfigurable como una opción viable y muy prometedora, aunque todavía lejos de poderse utilizar en aplicaciones prácticas.

Un robot modular reconfigurable está constituido por varias clases de módulos iguales. Cada módulo se puede considerar como un robot autónomo. Tiene todos los elementos necesarios: estructura mecánica, hardware, software y alimentación. El robot se puede reconfigurar, cambiando su aspecto y utilizar así unos ``andares'' (gaits) diferentes. Para un terreno se puede mover como un gusano y para otro se puede transformar en una araña. La característica buscada con estos robots es la versatilidad. Al cambiar de forma, se pueden desplazar por terrenos muy dispares. El hardware incorporado tiene que ser también lo más versátil posible. En los módulos de última generación de Polybot (G2 y G3), se utiliza un procesador Power PC 555 con 1MB de RAM, aunque su potencia no está totalmente utilizada.

Existe una alternativa, todavía no explorada, para lograr que los módulos sean más versátiles: que su hardware esté constituido por una FPGA que también se pueda reconfigurar dinámicamente, generándose el hardware necesario para cada ocasión. Si el robot se reconfigura y cambia su forma, parece lógico permitir que su hardware también se pueda modificar.

En este artículo exploramos la viabilidad de utilizar FPGAs para conseguir la locomoción del robot ápodo Cube Reloaded en lugar de emplear un microprocesador dedicado. Nos restringiremos a la locomoción estáticamente estable y al desplazamiento del robot en línea recta. Se estudiarán dos alternativas: una basada en lógica combinacional y secuencial y otra utilizando una CPU empotrada.

Este trabajo se ha organizado de la siguiente manera. Primero, se presenta el robot ápodo Cube Reloaded. A continuación, se describen las herramientas software y hardware empleadas en los desarrollos. Se muestra el diseño de las unidades hardware necesarias para el control de servomecanismos y presentan las dos alternativas para la locomoción de Cube Reloaded. Finalmente, se resumen los principales resultados y conclusiones.