博碩士論文 945201084 詳細資訊




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姓名 劉士彰(Shih-Chang Liu)  查詢紙本館藏   畢業系所 電機工程學系
論文名稱 具視覺能力之鞦韆機器人
(A Swing Robot with Vision Ability)
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摘要(中) 本論文主要是設計一個有視覺的機器人,他會盪鞦韆,也能同時進行影像辨識。其中鞦韆運動包含了可以控制擺動到任意指定的擺角,假若有外在的干擾也能克服並達到指定的擺角;機器人不但在靜止時能夠辨識目標(綠球),在盪鞦韆時也能搜尋目標並判斷目標的距離,以能在正確時機及正確位置成功打擊目標。在機器人的機構上我們以壓克力與AI馬達組合而成身體與手腳,使用一台USB網路攝影機做為頭部,個人電腦透過RS-232協定封包來控制AI馬達的角度,並偵測其角度的回傳值以調整控制參數。在控制策略上,我們控制機器人的頭去做搜尋與辨識目標,控制機器人的身體和腳讓鞦韆擺盪到指定的擺角,控制機器人的手在適當時機來擊打目標;在影像上則是使用DirectShow 技術使影像的處理流程達到最快。因為鞦韆運動是屬於快速的運動,為了達到精準控制的要求,因而本論文使用了不少的非同步執行程序。要如何有效率的整合這些程序並降低系統的複雜性及出錯率,此外並能夠達成所有的控制目的是此研究的最大成就。
摘要(英) The goal of this thesis is to design a robot with sight which can play swing and recognize image simultaneously. In the swing motion, the robot can be controlled to swing to any desired degree even there is some disturbance existing in the swing. The robot not only can recognize the target (green ball) when it is still, but also can search the target and estimate the distance between the target in the swing such that the robot can attack the target at the right time and at the right position. The robot is made up by eleven AI motors and those AI motors are connected by acrylic boards. Further, there is a USB camera as its head and eye. We can control the rotating degree of the motor by PC through RS-232 protocol and detect the degree of the motor from feedback for adjust the controlling parameters. In control strategy, we control the head of the robot to search and recognize the target, control the robot’s body and foot to swing to the desired degree, and control the hand to attack the target accurately in the swing motion. Moreover, DirectShow technology is used to speed up the image process. In order to reach the satisfactory control performance in the fast swing motion, several asynchronous programs are used in this thesis. Integrate those programs efficiently, reduce the complexity and mistakes of the system and achieve the control objectives are the greatest accomplishments of this thesis.
關鍵字(中) ★ 視覺
★ 盪鞦韆
★ 機器人
關鍵字(英) ★ vision
★ swing
★ robot
論文目次 第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 1
1.3研究動機與目的 2
1.4 本文架構 3
第二章 機器人架構與規格 4
2.1 機器人的機構設計 4
2.2 硬體規格 5
2.2.1 AI馬達 5
2.2.2 AI感測器 8
2.2.3 RS-232與AI馬達訊號開關 8
2.2.4網路攝影機 10
2.3 PC平台架構與軟體規格 10
第三章 機器人系統控制設計 13
3.1 鞦韆運動 13
3.2 機器人系統簡介 14
3.3 機器人控制系統 15
3.3.1 角度擷取系統 15
3.3.2 運動控制系統簡介 16
3.4 儲能與可操控狀態 17
3.5 運動控制方法 18
3.5.1控制流程 18
3.5.2腳部控制方法(不限制擺角) 19
3.5.3腳部控制方法(限制擺角) 20
3.5.4 身體控制方法 22
3.5.5 頭部與手部控制方法 23
3.6 系統流程 26
第四章 影像辨識 28
4.1 色彩模型 28
4.2 影像處理 29
4.2.1 侵蝕與膨脹 30
4.2.2 連通物件法 32
4.2.3 影像處理流程 34
第五章 實驗成果 36
5.1 鞦韆運動控制之實驗結果 37
5.2 限制30, 45, 60角度之實驗結果 40
5.3 在30, 45, 60度受力干擾之實驗結果 43
5.4 目標追蹤之實驗結果 45
第六章 結論與展望 48
6.1結論 48
6.2未來展望 48
參考文獻 50
附錄 52
參考文獻 [1] K. Nagasaka, A. Konno, M. Inaba, and H. Inoue, “Acquisition of visually guided swing motion based on genetic algorithms and neural networks in two-armed bipedal robot,” IEEE International Conference on Robotics and Automation, vol.4, pp.2944-2949, April 1997.
[2] M. Inaba, K. Nagasaka, F. Kanehiro, S. Kagami, and H. Inoue, “Real-time vision-based control of swing motion by a human-form robot using the remote-brained approach,” IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, vol.1, pp.15-22, Nov. 1996.
[3] T. Yamada, K. Watanabe, K. Kiguchi, and K. Izumi, “Acquisition of exercise skill represented by fuzzy control rules for a rings gymnastic robot,” IEEE International Symposium on Computational Intelligence in Robotics and Automation, pp.368-373, 2001.
[4] T. Yamada, K. Watanabe, K. Kiguchi, and K. Izumi, “Acquiring performance skill of backward giant circle by a rings gymnastic robot,” IEEE International Conference on Robotics and Automation, vol.2, pp.1565-1570, 11-15 May 2002.
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[6] S. Nakaoka, A. Nakazawa, K. Yokoi, H. Hirukawa, and K. Ikeuchi, “Generating whole body motions for a biped humanoid robot from captured human dances,” IEEE International Conference on Robotics and Automation, vol.3, pp.3905-3910, 2003.
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[8] 陳翔傑(王文俊 教授指導),”自動化車牌辨識系統設計”,國立中央大學電機所碩士論文,2005年6月。
[9] 范逸之、江文賢和陳立元,C++ Builder與RS-232串列通訊,文魁資訊,2004。
[10] 施威銘研究室,Flash 8 躍動的網頁( 附範例光碟),旗標,2005。
[11] Mega Robotics之網站 http://www.megarobotics.com/en_main.htm
[12] 高空盪鞦韆之網站 http://www.ttvs.cy.edu.tw/kcc/934cha/c1.htm
[13] 機器鯉魚之網站 http://www.communistrobot.com/videos.php?sorted=ratedesc&limit=%&page=&robotid=53
[14] 機器蜻蜓之網站http://www.t3.co.uk/news/247/general/general/dragonfly_robot_filmed
[15] 日本機器人競賽之網站http://robo-one.com/
[16] 魔術方塊機器人之網站http://jpbrown.i8.com/cubesolver.html
[17] 寵物恐龍之網站http://www.ugobe.com/pleo/index.html
[18] WE-4RII機器人之網站http://www.takanishi.mech.waseda.ac.jp/research/eyes/we-4rII/index.htm
指導教授 王文俊(Wen-June Wang) 審核日期 2007-7-3
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