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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王培霖
研究生(外文):Pei-Lin Wang
論文名稱:DSP主控之兩輪機器人行動控制
論文名稱(外文):DSP based motion control for two-wheel robot
指導教授:王文俊王文俊引用關係
指導教授(外文):Wen-June Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:電機工程研究所
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:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:60
中文關鍵詞:陀螺儀傾斜器模糊控制數位訊號處理器兩輪機器人
外文關鍵詞:inclinometergyroDSPfuzzy controltwo-wheel robot
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兩輪機器人系統是一個兩輪自我平衡的機器車,可以以無線搖控方式,控制其前進、後退、轉彎與定位,此系統主要是以DSP F2812來做整個控制器的核心,包括:模糊控制演算法、馬達伺服控制、A/D Converter、類比濾波器、數位濾波器、無線數據機…等。系統中使用車身動態感測器(傾斜器、陀螺儀)量測車身傾斜角度及角速度,利用類比低通濾波器及數位濾波器進行訊號處理,以準確的計算車身與地面傾斜的角度及角速度等資訊,再使用編碼器量測車子馬達轉動的速度及角速度。接著以模糊控制演算法,利用重心之調整來維持兩輪機器人車身的平衡。最後再利用無線數據機,從電腦發出行動控制命令至兩輪機器人,使得兩輪機器人產生前進、後退、左右轉彎…等的控制功能。
Two-wheel robot system is a self-balance two-wheel robot car, we can control it self-balance, going forward and backward, making a turn and fixed position. 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 the system, the sensors tilt and gyro are used to measure inclination angle and angle velocity of the robot. Analog low-pass filter and digital filter process the above two signals to be usable. 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.
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 1
  1.2 論文目標 2
  1.3 論文架構 2
第二章 硬體架構 4
  2.1 直流伺服馬達、編碼器與馬達驅動電路 5
    2.1.1 伺服馬達(含減速機) 5
    2.1.2 編碼器 6
    2.1.3 馬達驅動電路 6
  2.2 傾斜器、陀螺儀、濾波器電路 9
    2.2.1 傾斜器 9
    2.2.2 陀螺儀 9
    2.2.3 濾波器電路 10
  2.3 電池與電源轉換電路 11
    2.3.1 電池 11
    2.3.2 電源轉換電路 11
  2.4 DSP Board 13
  2.5 RS-232無線數據機與準系統 16
    2.5.1 RS-232無線數據機 16
    2.5.2 準系統 17
第三章 行動控制策略 19
  3.1 車身定位控制 19
    3.1.1 控制器的輸入和輸出 20
    3.1.2 歸屬函數 21
    3.1.3 模糊規則表 22
    3.1.4 模糊推論與解模糊化 23
  3.2 前進後退控制 23
    3.2.1 控制器的輸入和輸出 24
    3.2.2 歸屬函數 24
    3.2.3 模糊規則表 25
    3.2.4 模糊推論與解模糊化 26
  3.3 左右轉向控制 26
    3.3.1 控制器的輸入和輸出 27
    3.3.2 歸屬函數 27
    3.3.3 模糊規則表 28
    3.3.4 模糊推論與解模糊化 29
  3.4程式控制流程 30
第四章 實驗結果分析與討論 32
  4.1 實驗一:車身定位控制 32
  4.2 實驗二:前進後退控制 35
  4.3 實驗三:左右轉向控制 38
第五章 結論 41
  5.1 結論 41
  5.2 困難之處與解決方法 41
  5.3 未來展望 42
參考文獻 44
附錄 人機介面 47
作者個人簡歷 48
[1]F. Grasser, A. D'Arrigo, S. Colombi and A.C. Rufer, “JOE:a mobile, inverted pendulum,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.39, No. 1, pp. 107-114, February 2002.

[2]Y. Ha and S. Yuta,“Trajectory tracking control for navigation of self-contained mobile inverse pendulum,” IEEE/RSJ/GI Int. Conf. On Advanced Robotic Systems and the Real World, vol. 3, pp. 12-16, September 1994.

[3]Y. Takahashi, S. Ogawa and S. Machida,“Step climbing using power assist wheel chair robot with inverse pendulum control,” IEEE Int. Conf. on Robot. Automat., vol. 2, pp. 1360-1365, April 2000.

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[5]O. Matsumoto, S. Kajita and K. Komoriya, “Flexible locomotion control of a self-contained biped leg-wheeled system,” IEEE Int. Conf. on Intelligent Robots and System, October 2002.

[6]Y. Takahashi, T. Takagaki, J. Kishi and Y. Ishii, “Back and forward moving scheme of front wheel raising for inverse pendulum control wheel chair robot,” IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, May 2001.

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[11]“SST-2450 Wireless Modem User's Manual,” ICP DAS, February 2003.

[12]“TMS320C28x DSP CPU and Instruction Set Reference Guide,” Texas Instruments, 2002.

[13]“TMS320C28x Optimizing C & C++ Compiler User's Guide,” Texas Instruments, 2001.

[14]“TMS320F28x Analog to Digital Converter (ADC) Reference Guide,” Texas Instruments, 2003.

[15]“TMS320F28x Boot ROM Reference Guide,” Texas Instruments, 2003.

[16]“TMS320F28x Control and Interrupts Reference Guide,” Texas Instruments, 2003.

[17]“TMS320F28x Event Manager (EV) Reference Guide,” Texas Instruments, 2003.

[18]“TMS320F28x External Interface (XINTF) Reference Guide,” Texas Instruments, 2003.

[19]“TMS320F28x Peripherals Reference Guide,” Texas Instruments, 2003.

[20]“TMS320F28x Serial Communications Interface (SCI) Reference Guide,” Texas Instruments, 2003.

[21]“TMS320F28x Serial Peripheral Interface (SPI) Reference Guide,” Texas Instruments, 2003.

[22]Segway之網站http://www.segway.com/

[23]Nbot之網站http://geology.heroy.smu.edu/~dpa-www/robo/nbot/

[24]Gyrobot之網站http://www.barello.net/Robots/Gyrobot/

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[27]陳重誠(王文俊教授指導),“旋轉式倒單擺動作控制之再設計,” 國立中央大學電機工程研究所碩士論文, 2000年六月.

[28]鄭鈞元(王文俊教授指導),“兩輪自我平衡機器人之平衡控制,” 國立中央大學電機工程研究所碩士論文, 2003年六月.

[29]王禎祥(王文俊教授指導),“兩輪自我平衡機器人之前後行走控制,” 國立中央大學電機工程研究所碩士論文, 2003年六月.

[30]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.
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