改良式DSP主控之兩輪機器人行動控制

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姓名

白翼銘(yi-min bai) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

改良式DSP主控之兩輪機器人行動控制
(The improvement in DSP based motion control for two-wheel robot)

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摘要(中)

本論文主要是設計與控制一個兩輪機器人，在建構這兩輪機器人的系統中，採取DSP 2812為核心，整合了包括伺服馬達控制、外部電路訊號擷取、無線模組訊號接收、數位濾波器以及模糊控制演算法..等等，在控制上，主要採取車身感測器傾斜器與陀螺儀的資訊來控制車身的平衡，並利用電子指南針來補助車身方位的修正，接著採用馬達編碼器所回授的資訊得知車身目前位置與速度。最後利用這些資訊的整合設計模糊前進控制器、車身停止控制器、與車身轉彎控制器，藉由遙控器所下達的指令來控制車身前進、後退、轉彎、行進間轉彎、車身停止..等行動控制。在車身維持工作的這段期間，利用無線數據機把車身所有資訊回傳至電腦端，藉由電腦端可監控兩輪機器人目前整體狀態，並可從電腦端下達控制指令來達到兩輪機器人的行動控制。
兩輪機器人是由兩位同學一起合作完成，分別為(A) 兩輪機器人的基本控制，主要是實現兩輪機器人的車身平衡控制、兩輪同步控制與車身定位控制；以及(B) 兩輪機器人的行動控制，主要是實現兩輪機器人的前進、後退、車身停止與車身轉彎..等動作。而本論文乃針對（B）項做研究。

摘要(英)

The goal in this thesis is to design and control a self-balance two-wheel robot, DSP F2812 is the control center of the two-wheel-robot system, which includes fuzzy control algorithm, motor servo control, A/D converter, analog filter, digital filter, and wireless modem etc. In control, the sensors tilt and gyro are used to measure inclination angle and angle velocity of the robot and the compass is used to know direction .Finally, We use encoder to measure velocity and angle velocity of the motors of robot. Then the robot’s motions self-balance, going forward and backward, and making a turn are controlled by the designed fuzzy control algorithm in DSP. All control signals are transmitted via wireless modem.

關鍵字(中)

★ 陀螺儀
★ 傾斜器
★ 模糊控制
★ 數位訊號處理器
★ 兩輪機器人
★ 電子指南針

關鍵字(英)

★ compass
★ inclinometer
★ gyro
★ fuzzy control
★ two-wheel robot

論文目次

目錄
頁次
摘要I
圖目錄V
表目錄VIII
第一章緒論1
1.1研究動機與目的2
1.2文獻回顧2
1.3論文目標3
1.3論文架構3
第二章硬體規格與架構4
2.1車身機構設計6
2.1.1上半身桿子部分6
2.1.2車子平台部分6
2.1.3連軸器部分6
2.2直流伺服馬達、編碼器、馬達驅動電路與輪胎 7
2.2.1伺服馬達(含減速齒輪) 7
2.2.2編碼器 7
2.2.3馬達驅動電路 8
2.2.4輪胎 8
2.3傾斜器、陀螺儀、濾波器電路與電子指南針 8
2.3.1傾斜器 8
2.3.2陀螺儀 8
2.3.3濾波器電路 8
2.3.4電子指南針 9
2.4 DSP board 10
2.5電池與電源轉換電路12
2.5.1電池12
2.5.2馬達穩壓電路12
2.5.3電源轉換電路13
2.6 RS-232無線傳輸模組與準系統15
2.6.1 RS-232無線傳輸模組15
2.6.2 準系統16
2.6.3 TG-11無線發射接收模組16
第三章行動控制策略18
3.1車身前進、後退控制器18
3.1.1 模糊前進控制器19
3.1.2歸屬函數20
3.1.3模糊規則庫21
3.1.4模糊推論與解模糊化21
3.1.5車身速度補償器21
3.1.6輕量載物前進控制器22
3.2車身停止控制器23
3.2.1模糊停止控制器23
3.2.2歸屬函數24
3.2.3模糊規則庫25
3.2.4模糊推論與解模糊化26
3.3左右轉向控制27
3.3.1左右轉控制器的設計方法之一27
3.3.2左右轉控制器的設計方法之二27
3.4程式控制流程29
第四章實驗結果分析與討論31
4.1實驗一：車身行走控制31
4.1.1前進行動控制31
4.1.2後退行動控制33
4.2 實驗二：車身停止控制 35
4.3 實驗三：車身左右轉向控制37
4.3.1.原地轉向控制37
4.3.2.行進間轉彎控制40
4.4載物前進控制41
第五章結論44
5.1結論 44
5.2困難之處與解決方法44
5.3未來展望45
參考文獻47

參考文獻

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[19] 王文俊，認識Fuzzy，全華科技圖書股份有限公司，2001年。
[20] Segway之網站http://www.twsegway.com.tw
[21] PMP之網站http://pcweb.mycom.co.jp/articles/2004/10/15/aist
[22] Gyrobot之網站http://www.barello.net/Robots/Gyrobot/
[23] Nbot 之網站http://geology.heroy.smu.edu/~dpa-www/robo/nbot/
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[25] 陳連春編譯，電源電路設計要領，建興出版社，2001年。
[26] 王文俊, “認識Fuzzy,” 全華科技圖書股份有限公司, 2001年.
[27] 沈博仁（王文俊教授指導）, “倒單擺系統直立與定位之智慧型控制設計,” 國立中央大學電機工程研究所碩士論文, 1995年六月.
[28] 蔡僑倫（王文俊教授指導）, “DSP主控之兩輪機器人平衡與兩輪同步控制,” 國立中央大學電機工程研究所碩士論文, 2004年六月.
[29] 王培霖（王文俊教授指導）, “DSP主控之兩輪機器人行動控制,” 國立中央大學電機工程研究所碩士論文, 2004年六月.
[30] 陳家榮（王文俊教授指導）, “改良式DSP主控之兩輪機器人基本控制,” 國立中央大學電機工程研究所碩士論文, 2005年六月.

指導教授

王文俊(Wen-June Wang)

審核日期

2005-6-28

推文