多自走車跟隨系統

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姓名

吳聲江(WU,SHENG-JIANG) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

多自走車跟隨系統
(Multiple Bots Following System)

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摘要(中)

本論文主要探討多自走車跟隨系統，一主車使用攝影模組做影像處理跟隨標的物而兩台從車利用紅外線分別去追隨前車以達到多車跟隨之目的。主車在硬體上分為兩大部分，以Raspberry Pi和攝影模組做影像處理，及以Arduino做馬達控制與紅外線信標兩部分，兩者間使用UART進行溝通，將影像處理得到的目標物資訊做PID控制將其輸出給Arduino以PWM控制車輪轉速，而紅外線信標將作為標的物使從車得以進行跟隨。從車方面使用多個紅外線接收器判斷信標位置並且使用距離感測器判斷距離，最後將各資訊以I2C傳給Arduino進行自走車的跟隨。

摘要(英)

This thesis mainly discusses the following system of multiple autonomous cars. The main autonomous car uses the camera module to do image processing to follow the target, and two slave autonomous cars use infrared sensors to follow the car in front to achieve the purpose of multiple autonomous cars following. The main car is divided into two parts in hardware. Raspberry Pi and camera module are used for image processing, and Arduino is used for motor control and infrared beacon. The two parts use UART to communicate, and the target information obtained by image processing is used for communication. Apply PID control and output it to Arduino to control the wheel speed with PWM, and the infrared beacon will be used as the target so that the slave car can follow. From the slave car side, multiple infrared receivers are used to determine the position of the beacon and the distance sensor is used to determine the distance. Finally, the information is transmitted to the Arduino by I2C to follow the autonomous car in front.

關鍵字(中)

★ 跟隨系統
★ 機器視覺
★ 霍夫圓

關鍵字(英)

★ Following System
★ Computer Vision
★ Hough Circle

論文目次

摘要iv
英文摘要v
誌謝vi
目錄vii
一、緒論 1
1.1 背景介紹...... 1
1.2 研究目的與動機..... 1
1.3 文獻回顧.....2
1.4 論文架構..... 4
二、系統架構及硬體介紹 5
2.1 系統架構...... 5
2.2 硬體介紹...... 7
2.2.1 主車影像處理元件..... 7
2.2.2 控制元件及馬達..... 10
2.2.3 感測模組..... 14
2.2.4 電源供應..... 19
2.3 硬體通訊協議.....20
2.3.1 UART ...... 20
2.3.2 I2C..... 23
三、影像處理 24
3.1 影像處理流程..... 24
3.2 影像前處理..... 25
3.2.1 色彩空間.....26
3.2.2 二值化..... 27
3.2.3 捲積..... 28
3.2.4 形態學..... 29
3.2.5 高斯模糊.....31
3.2.6 邊緣偵測.....34
3.3 形狀辨識..... 39
3.3.1 霍夫轉換.....39
四、控制流程與實驗結果 45
4.1 控制流程..... 45
4.1.1 直流馬達控制..... 45
4.1.2 PID 控制..... 46
4.1.3 主車架構.....48
4.1.4 主車控制流程..... 49
4.1.5 從車架構..... 53
4.1.6 從車控制流程..... 55
4.2 實驗結果..... 56
4.2.1 實驗環境..... 57
4.2.2 兩台車跟隨..... 58
4.2.3 三台車跟隨.....59
五、總結 62
5.1 結論.....62
5.2 未來展望..... 62
參考文獻 65

參考文獻

1.李宛真。「可跟隨與避障的雙重卷積神經網路之視覺自走車」。碩士論文，國立中央大學資訊工程學系，2018。https://hdl.handle.net/11296/d99r28。

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4.陳信宏。「利用深度影像處理技術的智慧型避障自走車之人體跟隨控制設計」。碩士論文，國立暨南國際大學電機工程學系，2018。https://hdl.handle.net/11296/84z95k。

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6.許傑堯。「人物追隨自走車系統之研製」。碩士論文，國立虎尾科技大學資訊工程系碩士班，2018。https://hdl.handle.net/11296/35m7m3。

7. Chen, Yu-Tso, et al. "A RSSI-based algorithm for indoor localization using ZigBee in wireless sensor network." Proc. of the 15th International Conference on Distributed Multimedia Systems (DMS 2009). 2009.

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10. NEC 規範下0和1的圖 https://www.sbprojects.net/knowledge/ir/nec.php

11. NEC 協議的資料格式圖 https://www.sbprojects.net/knowledge/ir/nec.php

12. I2C 傳輸的基本結構圖 https://www.circuitbasics.com/basics-of-the-i2c-communication-protocol/

13. HSV和HSV圖 https://medium.com/neurosapiens/segmentation-and-classification-with-hsv-8f2406c62b39

14. 非最大值抑制示意圖 https://docs.opencv.org/master/da/d22/tutorial\_py\_canny.html

15. 滯後閾值法示意圖 https://docs.opencv.org/master/da/d22/tutorial\_py\_canny.html

16. Canny, John. "A computational approach to edge detection." IEEE Transactions on pattern analysis and machine intelligence 6 (1986): 679-698.

17. Yuen, H. K., et al. "Comparative study of Hough transform methods for circle finding." Image and vision computing 8.1 (1990): 71-77.

指導教授

羅吉昌(Lo, Ji-Chang)

審核日期

2021-8-31

推文