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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳文斌
研究生(外文):Wenpin Chen
論文名稱:家用機器人環境探索系統研製
論文名稱(外文):Development of an Environment Exploration System for a Home Robot
指導教授:宋開泰
指導教授(外文):Kai-Tai Song
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:電資學院學程碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:54
中文關鍵詞:多超音波環境感測模組
相關次數:
  • 被引用被引用:4
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本論文提出一種運用於家用機器人的環境感測系統及其運用於環境模型建立之設計。本文研製一個多超音波感測器之環境感測模組,運用特殊設計之超音波發射驅動電路,可以有效降低超音波量測誤差,並能將室內環境作快速之量測。我們於文中提出一個多超音波感測器模型,可以更合理與快速的將環境中的障礙物表示出來。隨著家用機器人的移動,本系統會逐步地將室內環境地圖建立起來,作為未來機器人於室內導航時的參考地圖。本論文藉由電腦模擬與實驗的結果,來驗證我們所設計的多超音波感測系統及其建立環境地圖的功效。
In this thesis we develop an environment exploration system for a home robot. A multi-ultrasonic sensor module is designed and constructed for obtaining environment information. A special designed firing circuitry is developed for the sensor module to increase the scanning speed and eliminate measurement errors. We propose a new multi-ultrasonic sensor model that can interpret the ultrasonic information reasonably and efficiently. When the robot moves around in an indoor environment, it constructs an environment map based on the proposed ultrasonic model. Both computer simulation and practical experimental results are presented to demonstrate the effectiveness of map-building method proposed in this thesis.
目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖例 vi
表格 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 相關研究回顧 1
1.2.1 服務型機器人的發展 1
1.2.2 機器人之環境探索與辨識 2
1.3 問題描述 3
1.4 章節描述 4
第二章 家用機器人系統 6
2.1 機器人硬體架構.. 6
2.2 機器人機構設計 7
2.3 機器人控制架構 8
2.3.1 馬達控制系統 8
2.3.2 超音波感測系統 13
2.3.3 無線網路系統 14
2.3.4 電源系統 15
2.4 機器人軟體功能 15
第三章 超音波環境感測系統 17
3.1 超音波感測器的特性與測距原理 17
3.2 超音波測距模組 18
3.3 超音波感測器的配置與測距實驗 20
3.4 多超音波感測器之發射電路 21
3.4.1 超音波感測器快速發射與錯誤消除方法之原理 21
3.4.2 多超音波感測器模組之發射時序設計 22
3.4.3 8051 程式設計與流程圖 25
3.4.4 四組超音波感測實驗 27
3.4.5 完整(12組)超音波感測實驗 28
第四章 超音波感測模型與環境地圖建立 29
4.1 單一超音波感測模型 29
4.2 多超音波感測模型 31
4.2.1 多超音波感測模型介紹 31
4.2.2 障礙物位置機率分布輪廓圖之調整 33
4.3 建立環境地圖 37
4.3.1 建立區域地圖 37
4.3.2 環境地圖更新 38
第五章 模擬與實驗結果 41
5.1 基於軸編碼器的機器人位置估算 41
5.2 區域地圖建立之電腦模擬 43
5.3 環境地圖更新之電腦模擬 44
5.4 機器人環境地圖建立實驗一:走廊地圖 48
5.5 機器人環境地圖建立實驗二:實驗室環境探索 49
第六章 結論與未來展望 51
6.1 結論 51
6.2 未來展望 51
參考文獻 53
[1] A.Elfes, “Sonar-Based Real-World Mapping and Navigation”, IEEE journal of Robotics and Automation, Vol.RA-3, NO.3, pp.249-265, 1987.
[2] A.Elfes, “Using occupancy grids for mobile robot perception and navigation”, Computer , Vol.22, pp.46-57, 1989.
[3] J.Borenstein, Y.Koren, “Error Eliminating Rapid Ultrasonic Firing for Mobile Robot Obstacle Avoidance”, IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol.11. No.1, pp.132-138, 1995.
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[5] J.H.Lim, D.W.Cho, “Specular Reflection Probability in the Certainty Grid Representation”, Transactions of the ASME, Vol.116, pp.512- 520,1994.
[6] Z.Yi, H.Y.Khing, C.C.Seng, Z.X.Wei, “Multi-ultrasonic Sensor for Mobile Robots”, Proceedings of the 2000 Intelligent Vehicles Conference, pp.387-391, 2000.
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[8] S.Thrun, W.Burgard, A.B.Cremers, D.Fox, D.Haehnel, F.Lakemeyer, D. Schulz, W.Steiner, “Experience with an interactive museum tour-guide robot“, Artificial Intelligence 00(1999), pp.1-53, 1999.
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[12] H.Choset, K.Nagatani, “Topological simultaneous localization and mapping (SLAM): toward exact localization without explicit localization”, IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol.17, No.2, pp.125-137, 2001.
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[15]李加恩, 自走式機器人之運動控制, 國立交通大學控制工程研究所碩士論文,中華民國八十年六月
[16]孫育弘, 自走式機器人之智慧型運動規劃與控制, 國立交通大學控制工程研究所碩士論文,中華民國八十四年六月
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