以超音波感測避障之順從式足型機器人

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謝承翰(Cheng-Han Hsieh) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

以超音波感測避障之順從式足型機器人
(A Compliant Hexapod Robot with Obstacle-Avoiding Function by Ultrasonic Sensors)

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摘要(中)

本論文旨在賦予順從式足型機器人具有避障功能，整個機器人除了原先的架構，本研究另外加裝四組超音波感測模組來偵測環境，幫助達成避障之功能。控制器方面，本研究使用六顆由美國Microchip公司所開發生產的單晶片PIC18F4520以及微控制器AT89S52，採用分工的方式完成所需要的功能。PIC18F為8位元單晶片，在實驗中為足部定位控制器。AT89S52為8位元微控制器，在本實驗中為步態和超音波感測模組之控制器。其中利用單晶片AT89S52來接收來自超音波感測器的訊號並運算出障礙物的距離，以達到避障的功能。

摘要(英)

The goal of this thesis is to implement obstacle avoiding function to the Compliant Hexapod Robot. Except original equipments, we also implement 4 ultrasonic sensors for detecting surrounding environment that it will have obstacle avoiding function. There are 6 single chips adopted from Microchip and 1 microcontroller from Atmel on the robot. The single chip is an 8-bit chip, it controls the leg location. The microcontroller is also an 8-bit chip, it controls gaits and ultrasonic sensors. The distance to obstacles is calculated by the microcontroller according to the signal from ultrasonic sensors.

關鍵字(中)

★ 足型機器人
★ 足部定位控制
★ 超音波避障

關鍵字(英)

★ legged robot
★ foot location control
★ obstacle avoiding by ultrasonic

論文目次

目錄 I
圖目錄 V
第一章緒論 1
1.1前言 1
1.2文獻回顧 2
1.3研究動機 9
1.4章節簡介 10
第二章理論基礎 11
2.1超音波量測距離原理 11
2.2生物運動的原理 13
第三章系統架構與功能介紹 16
3.1順從式足型機器人系統方塊圖 16
3.2順從式足型機器人硬體介紹 20
3.2.1足部的轉動與煞車部分 20
3.2.1.1致動器 20
3.2.1.2功率放大電路 22
3.2.1.3繼電器煞車電路　　　　 24
3.2.2特殊的足部機構 26
3.2.3足部位置回授部分 27
3.2.4機器人的電源 30
3.2.4.1主要電源 30
3.2.4.2輔助電源 31
3.2.5無線通訊模組 32
3.2.6控制晶片部分 34
3.2.6.1 微控制器AT89S52 35
3.2.6.2 單晶片PIC18F4520 36
3.2.7超音波感測器 38
第四章步態規劃與避障設計 40
4.1順從式足型機器人控制方法 40
4.1.1控制架構 41
4.1.2足部定位控制核心規劃 42
4.1.2.1命令的傳遞及判斷方式 43
4.1.2.2足部位置回授控制 44
4.1.2.3馬達驅動及煞車 48
4.1.3步態控制核心規劃 55
4.2步態規劃設計 57
4.2.1站立與準備動作 57
4.2.2前進與後退 59
4.2.3轉向步態 61
4.2.4跨越障礙物 63
4.3避障功能設計 65
4.3.1超音波簡介及特性 65
4.3.2超音波的產生與接收 69
4.3.3超音波感測器設置 71
4.3.4障礙物閃避機制 72
第五章實驗結果與討論 74
5.1偵測障礙物轉向 75
5.2判斷空曠側轉向 76
5.3進入死巷後退離開 77
第六章結論與建議 78
6.1 結論 78
6.2未來發展及建議 79
參考文獻 81
附錄 84

參考文獻

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指導教授

鍾鴻源(Hung-Yuan Chung)

審核日期

2009-8-3

推文