具跳躍功能之輪式機器人

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姓名

呂守德(Shou-de Lu) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

具跳躍功能之輪式機器人

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摘要(中)

本論文以輪型機器人為基礎並加裝跳躍裝置，讓機器人可使用輪型姿態穩定快速的移動，並使用跳躍的方式躍過障礙物，改善傳統陸上型機器人的機動性。在機構方面，我們設計了一個六連桿彈簧式跳躍機構，此跳躍機構可以在任何壓縮量下進行釋放，使機器人可以不同的高度跳躍。另外我們設計四連桿連動機構，當跳躍機構在壓縮的同時會連動輪子的相對位置，可修正機器人的起跳仰角至最佳角度。我們以3D printer印製出機器人本體，因為塑料的彈性可在機器人摔落時吸收撞擊，避免摔壞。在控制方面，我們使用智慧型手機或筆電，以藍芽對機器人進行遙控，可命令機器人執行前進、後退、轉向與跳躍的功能。透過感測器可得知機器人的仰角、角速度和方位變化，並可讓機器人自主修正方位與仰角。當機器人偵測到方位偏移時，控制輪子馬達修正方位，若機器人上下翻倒時便執行立即復位，而在機器人移動時則使用模糊控制維持機器人的仰角變化，避免機器人翻覆。經由實驗結果證明，新提出的跳躍機構與連動機構，成功實現一個具有靈活移動及跳躍功能的機器人的設計與製作。

摘要(英)

In this thesis, based on wheeled- robot, we installed a jumping device on the robot such that the robot can move fast and stably, and jump over obstacle when obstacles exist. The jumping function has improved the mobility of traditional land-based robot. At the structure aspect, we also designed a six-rod spring-hopping mechanism, this mechanism can jump with different heights corresponding to deferent compressions. In addition, we designed a four-link mechanism for the connection between the spring and wheels, such that the spring compression mechanism can interlock wheels to have a nice jumping elevation angle for the robot. We used 3D printer to print out the robot body, because the elastic plastic can absorb the impact when the robot drops to the ground without broken. In control aspect, smart phones or laptop with blue-tooth is used to remote control the robot to execute the commands such as forward, backward, turning and jumping. Utilizing the 10-axis MEMS sensor, the elevation angle, angular velocity change and azimuth of the robot can be measure. When the robot moves direction is incorrect, the orientation can be adjusted autonomously. If the robot moves fast, it may turnover. Therefore, the fuzzy control is used to maintain the stability of the moving attitude. When the robot stops suddenly, the robot will turnover definitely, but it can recover its attitude immediately. The experimental results show that the robot has successful moving and jumping functions because of our special design and fabrication.

關鍵字(中)

★ 跳躍機構
★ 輪型機器人
★ 模糊控制

關鍵字(英)

★ jumping robot
★ wheeled robot
★ fuzzy control

論文目次

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2文獻回顧 2
1.3論文目標 4
1.4論文架構 4
第二章系統架構 5
2.1系統架構 5
2.1.1控制端系統架構 6
2.1.2機器人端系統架構 10
第三章機構設計 16
3.1輪式機構設計 17
3.2跳躍機構設計 18
3.3四連桿連動機構設計 20
第四章機器人姿態與控制方法 26
4.1輪型姿態 28
4.1.1輪型姿態控制流程 28
4.1.2立即復位控制 30
4.1.3模糊控制 32
4.2準備跳躍姿態 36
4.3跳躍姿態 37
第五章實驗結果 38
5.1輪型姿態分析 40
5.1.1前進與煞車 40
5.1.2後退與煞車 47
5.1.3方向修正 53
5.2準備跳躍姿態分析 57
5.3跳躍姿態分析 60
第六章結論與未來展望 71
6.1結論 71
6.2未來展望 71
參考文獻 73

參考文獻

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[15] 王文俊，認識Fuzzy-第三版，全華科技圖書股份有限公司，2008年6月。

指導教授

王文俊(Wen-june Wang)

審核日期

2015-1-14

推文