臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要是經由改造市售掃地機器人來建構一可無線或遠端監控的掃地機器人，並將影像視覺整合在機器人上，使之成為具有視覺回授的移動平臺。以視覺感知周圍環境，可以強化一般僅能事先規畫路線或隨機避障的傳統式掃地機器人。系統核心部分利用IP攝影機及電腦主控，再搭配嵌入式控制板來驅動機器人的馬達，使機器人可以自主式的去完成指定任務。此外機器人上也加裝了許多感測器，可以感知周遭環境的狀況，並且感測器資訊可以透過Wi-Fi上傳到自製的Appserv網頁伺服器，使用者可以利用瀏覽器上網從遠端觀看。或是可以透過手機APP操控機器人打掃。
本系統所使用的嵌入式控制板為Arduino Mega2560，具有多組的數位輸出入端及串列埠，可供掃地機器人多顆馬達控制及資料傳輸使用，再加上IP攝影機的影像資料由個人電腦存取後，影像處理部分則是使用Processing視覺化程式語言，並利用個人電腦建置伺服器將系統整合起來。

This thesis is focused on the construction of a cleaning robot which provides wireless remote monitoring services, through modifying a commercial cleaning robot by adding vision, various environment sensors and networking capability. It has many advantages over the traditional cleaning robot which moves mostly randomly. This system consists of an IP camera, a computer, and a control board that drives motors on the cleaning robot. Besides, there are many sensors equipped on the robot, so it can measure surroundings and upload the data to the home-made Appserv web server through Wi-Fi. The user can access the data in the server by using web browser. Moreover the user can make the robot sweep around remotely with mobile app.
The system uses an embedded control board, Arduino Mega2560, whose multiple digital I/O ports and serial ports can be used for motor control and data transfer. And after analyzing the captured images from IP camera by the software Processing on PC, robot could complete different assigned tasks automatically. Finally, system information is integrated using the server built in PC.

摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 論文架構 2
第二章 系統軟硬體介紹 3
2.1 系統架構簡介 3
2.2 系統架構介紹與設計 4
2.3 核心處理系統 5
2.3.1 動作控制核心Arduino MEGA 2560 5
2.3.2 Arduino專用Wi-Fi無線上網模組 7
2.4 馬達驅動電路 8
2.5 藍牙傳輸模組 9
2.6 電源 12
2.7 電源穩定 13
2.8 馬達 13
2.9 自製電路板介紹 15
2.10 Android手機APP開發 16
2.11 感測器 18
2.11.1 超音波距離感測器 18
2.11.2 溫溼度感測器 18
2.11.3 煙霧感測器 19
2.12 影像處理及伺服器系統核心之個人電腦(PC) 20
2.12.1 Arduino IDE 21
2.12.2 Notepad++ 22
2.12.3 Processing視覺程式語言 23
2.12.4 網站伺服器Appserv 24
2.12.5 Protel 99 SE電路設計軟體 26
2.13 IP攝影機 26
第三章 視覺處理與控制 27
3.1 影像處理流程 27
3.2 色彩空間及色彩模型 29
3.2.1 RGB色彩空間 29
3.2.2 HSV色彩空間 30
3.2.3 色彩空間的轉換 31
3.2.4 二值化 31
3.2.5 質心與面積 32
3.3 透過IP攝影機實現目標追蹤 33
第四章 實驗結果 35
4.1 實驗成果一：透過手機APP控制機器人 35
4.1.1 實驗目的 35
4.1.2 任務流程圖 35
4.1.3 實驗成果 36
4.2 實驗成果二：透過手機APP打掃環境 39
4.2.1 實驗目的 39
4.2.2 實驗成果 39
4.3 實驗成果二：環境感測 41
4.3.1 實驗目的 41
4.3.2 實驗流程介紹 43
4.3.3 實驗成果 44
4.4 實驗成果三：透過網路自主追蹤目標 50
4.4.1 實驗目的 50
4.4.2 任務流程圖 50
4.4.3 實驗成果 51
4.5 實驗成果四：透過網路控制 56
4.5.1 實驗目的 56
4.5.2 任務流程圖 56
4.5.3 實驗成果 57
第五章 結語與未來展望 61
5.1 結論 61
5.2 未來展望 61
參考文獻 62

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