Este documento presenta la tesis de Dario Utrilla Salazar para obtener el grado de Magíster en Microelectrónica. La tesis describe el diseño y simulación de un sistema de control para un robot móvil utilizando herramientas VHDL. El sistema controla los motores del robot para moverse a posiciones finales especificadas a través de una computadora conectada por puerto serie. El robot usa sensores de un mouse PS/2 para determinar su posición. El diseño fue simulado e implementado en un dispositivo FPGA para validar el sistema

1. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD DE POST GRADO
Diseño y simulación de un sistema para la programación
de un robot móvil utilizando herramientas VHDL
TESIS
para obtener el grado académico de Magíster en Microelectrónica
AUTOR
Dario Utrilla Salazar
Lima - Perú
2008

2. Dedicatoria
A Dios, el Ser Supremo fuente eterna e infinita de sabiduría y
conocimientos, por ser la razón de nuestra existencia y por brindarme la
oportunidad de explorar un diferencial de conocimientos del universo
infinito.
A mis padres, Gregorio Utrilla Reyes y Dora Salazar Quispe, que, con sus
ejemplos me enseñaron el camino de la búsqueda del conocimiento a través
de la confianza en Dios y la práctica de los valores humanos y la fé.
A mi familia; mi esposa Esther del Pilar, por compartir mis sueños en todos
estos años, y su apoyo para alcanzar mis objetivos; a mis hijos: Gloria
Carmen, Darío Gregory, Gloria Esther, Luz Esther, Darío Jesús y en
memoria de Dora Esther y Raquel Esther; por ser mi fuente de inspiración
para dar siempre un paso más, a mis objetivos y permitirme mostrar lo
maravilloso de la vida y la naturaleza.
A mis hermanos Teofilo, Elizabeth, Gloria y Daniel; que siempre son mis
amigos y con quienes comparto maravillosos momentos de familia.
A, todas las personas que buscan el camino del éxito y que jamás aceptan
el fracaso. Por que existe la verdad universal que todo lo podemos con la fé
en Dios.
Finalmente, a todos mis colegas, familiares y amigos que me han brindado
sus valiosas sugerencias y sabios consejos, para que el presente informe
de Tesis sea una realidad.

3. Agradecimientos
Deseo expresar mi sincero, profundo y eterno agradecimiento a mis Asesores: Dr. Carlos
Silva Cárdenas y Dr. Werner Pacheco Lujan, por la dirección, asesoramiento de la Tesis;
aún con sus recargadas agendas, me han brindado su valioso tiempo, orientaciones,
consejos y su eficiente asesoría. Gracias a los cuales ha sido posible la realización de la
investigación recogida en este trabajo de Tesis.
Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONCYTEC), por su apoyo para la
realización de este trabajo.
A Xilinx y Altera por el valioso apoyo como fuentes de información, así como las
herramientas computacionales proporcionadas.
A Iberchip, por el interés y apoyo a los proyectos latinoamericanos.
A mis profesores de la Maestría de Microelectrónica; Dr. Carlos Silva Cárdenas, Dr.
Werner Pacheco Lujan, Dr. Pablo Héctor Rivera Riofano, Dr. Fernando Vilca Ghezzi,
M.Sc. Oscar Agurto C.; por el alto espíritu de maestros y amigos quienes me brindaron sus
conocimientos, experiencia; mostrándome la senda de la Microelectrónica y su gran
importancia en el desarrollo de los pueblos.
Al Ing. Alfredo Granados Ly, docente de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos;
colega y amigo, por sus valiosas sugerencias proporcionadas para enriquecer el contenido
de la Tesis.
A mis compañeros de la Maestría de Microelectrónica, por la amistad brindada durante el
tiempo de estudios hasta la culminación y el desarrollo de nuestros proyectos.
Tampoco puedo dejar de agradecer especialmente a mis padres Gregorio y Dora; quienes
con sus consejos me orientan a la perseverancia y búsqueda del conocimiento. Asimismo a
mi familia y a Esther del Pilar por compartir mis sueños y brindarme toda su paciencia y
apoyo en la edición de esta memoria.

4. Finalmente, quiero agradecer a Dios, fuente eterna de la vida y sabiduría, Sin EL no habría
propósito de vivir. Todo seria envano. Todo lo que soy lo debo a EL.

5. Contenido
Agradecimientos.....................................................................................................................3
Resumen..................................................................................................................................6
Abstract...................................................................................................................................7
Introducción............................................................................................................................8
Texto completo........................................................................................................................9

6. Resumen
En el desarrollo de ésta Tesis, se realizó el diseño y simulación del sistema de control de un
“robot móvil” utilizando herramientas de programación VHDL (Very high speed
integrated circuit Hardware Description Language, lenguaje descriptivo de hardware para
circuitos integrados de muy alta velocidad) Project Navigator de Xilinx y Max+Plus II de
Altera; para realizar la síntesis, simulación e implementación en un dispositivo FPGA
(Field Programmable Gate Array, arreglo de compuertas programables en campo).
El proceso de programación del “robot móvil” se realiza desde un computador a través del
puerto serie RS-232; una vez que la unidad de control recibe los datos de la posición final,
debe activar a los motores PAP (Paso a Paso), a fin de que el móvil inicie el movimiento
para avanzar ó retroceder. La activación de los motores dependerá de los valores
acumulados en los registros de distancia de la unidad de control. Si los valores son
menores al indicado por el computador, entonces forzará a que los motores avancen hacia
adelante ó hacia atrás. La comparación en todo momento lo realiza la unidad de control y
como salida del control se tienen las señales que gobiernan a dos motores paso a paso
(PAP), en el cual uno de ellos realiza el desplazamiento hacia adelante ó hacia atrás y el
segundo motor paso a paso se proyecta para realizar el control de giro de las llantas
delanteras hacia la izquierda ó derecha.
Como elemento sensor de posición a partir del punto de origen se emplea, los mecanismos
del “Mouse PS/2”, permitiendo desarrollar con alto nivel de precisión (a nivel de
milímetros); éste subsistema sensorial es muy importante ya que, le indicará al “robot
móvil” donde se encuentra ubicado; haciendo que active los motores paso a paso para llegar
al punto final. Este subsistema estará formado por un circuito de comunicación serial PS/2
de tal manera que interactúa con la electrónica que poseen el “Mouse PS/2” de la
computadora.

7. Abstract
In the development of this thesis it was made the design and simulation of the system of
control of a “mobile robot” having used tools of programming VHDL (Very High Speed
Integrated Circuit Hardware Description Language, descriptive language hardware
integrated circuit for very high speed) Project Navigator Xilinx and Max+Plus II of Altera,
soon to make the synthesis, simulation and implementation in a device FPGA (Field
Programmable Gate Array, settling in field programmable gate).
The programming process of the “mobile robot” is made from a computer through the
serial port RS-232; once the control unit receives the data of the final position must activate
to motors PAP (Step by step), in order that the moving body initiates the movement to
advance or to back down. The activation of the motors will depend on the accumulated
values in the distance registries of the control unit. If the values are smaller to the indicated
one by the computer, then it will force to that the motors advance forwards or backwards.
The comparison at any moment makes the control unit. and as exit of the control the signals
that govern step by step to two motors (PAP), in which are had one of them makes the
displacement forwards or backwards and the second motor step by step is in project to
make the control of turn of the front rims towards the right left or.
As an sensorial element of position from the point of origen is used, the mechanisms of
“Mouse PS/2”, allowing to develop with high level of precision (at level of millimeters);
sensory subsystem is most important since, it will indicate the “mobile robot” to him where
it is located; causing that activates the motors of step by step arriving at full stop. This
subsystem will be formed by a circuit of serial communication PS/2 in such a way that it
interacts with the electronics that has “Mouse PS/2” of a computer. The mechanism will
take advantage of location that has these devices so that the “mobile robot” finds its datum
point with respect to full stop. It is necessary to consider that the communication
commandos already are settled down by the manufacturers of the mouse and is the one that
will use to obtain your objective.

8. Introducción
El adelanto tecnológico alcanzado en los últimos 50 años por la humanidad ha sido tal, que
es superior a la suma de los avances alcanzados hasta antes de los años 1950s. Esto se debe
en gran medida a la electrónica digital, cuya implementación ha permitido progresos
importantes en la ciencia, en la industria, en las comunicaciones y en la vida cotidiana [1].
El mayor representante de ello es la computadora digital, herramienta sin la cual es
imposible imaginar los logros obtenidos en el tiempo considerado, como por ejemplo el
programa espacial, control de tránsito aéreo, robótica, automatización de procesos en la
industria, Internet; por mencionar algunos. Todo ello gracias al desarrollo de circuitos
integrados cada vez de mayor nivel de integración a bajo costo [12], [13], [16].
En el presente trabajo de Tesis se describe una síntesis de la visión actual de la robótica, sus
tecnologías y aplicaciones; sin orientar al diseño cinemático ni dinámico del “robot móvil”;
pero sí, se profundiza en el diseño y simulación del sistema de control de su movimiento
utilizando tecnología microelectrónica y diseño digital avanzado que comprende el uso de
herramientas computacionales de programación en hardware (Programación VHDL),
asimismo para su realización se ponen en práctica los conocimientos de diferentes áreas de
la ingeniería entre ellas la electrónica, eléctrica, mecánica, informática [3]. Los que hacen
que el proyecto presente características interesantes y prometedores.
Además en lo referente a los conocimientos informáticos que se plantean, se destaca,
porque éstos cubren aspectos tan diversos como el estudio de las principales tendencias de
modelización de conocimientos de la inteligencia artificial y la programación a nivel de
hardware [15], desarrollando las interfaces del usuario para la operación del “robot móvil”
y el programa de control de los elementos mecánicos del sistema [5].
Asimismo se realiza el análisis de evaluación de los costos de implementación del sistema
de control del “robot móvil” basado en el FPGA y ASIC. Y se muestran información
técnica relacionada con el proyecto de Tesis.

9. Texto completo
Consultar texto completo en formato PDF en la dirección:
http://www.cybertesis.edu.pe/sisbib/2008/utrilla_sd/pdf/utrilla_sd.pdf

10. Texto completo
Consultar texto completo en formato PDF en la dirección:
http://www.cybertesis.edu.pe/sisbib/2008/utrilla_sd/pdf/utrilla_sd.pdf