臺灣博碩士論文加值系統

　　隨著科技化的提升與數位化的資訊，數位通訊產品漸漸地融入我們的生活之中，開創出數位生活的願景，其中家用機器人的應用已被廣泛的研發，本篇論文正是順應此潮流而提出智慧型居家清潔機器人之全域覆蓋路徑規劃與實現，主要目的在希望幫助忙碌的家庭，在上班的時間，設定讓機器人在家裡自動的做地板清潔。以軟硬體系統整合的方式來實現清潔機器人演算，在硬體上使用自走車代替機器人來實現規劃好的路徑，使用單晶片PIC16F877為控制核心，並搭配步進馬達模組、感測器模組、及PDA通訊傳輸等應用，與軟體所規劃的結果做溝通，軟體方面我們提出一套居家清潔的全域覆蓋路徑規劃演算法，確保機器人能夠清潔所有居家環境的各個角落，演算法包含沿牆清潔模式、全域清潔的基本行進規則、轉角修正、路徑轉換及返回充電模式等，目的在達到最短的清潔路徑與最小的累積旋轉角度，並從居家環境地圖，建立整個路徑規劃的資訊紀錄與比較。最後，由使用者介面操作可以透過無線網路自動導引清潔機器人，並對全域覆蓋路徑規劃的模擬路徑來做實際的導航規劃，來決定是否完成使用者指派的清潔任務。

　With the advance of information technology, digital communication products have been used in our daily life vastly; with a perspective of all digital life. Robot appliances too have been extensively researched and developed. The main prospect is for the robots to do works automatically while the owners are busy at work. This thesis focuses on the complete coverage path planning of a robot home cleaner and proposes a new planning technique for more efficient coverage and dead lock escape. An algorithm for the home cleaning robots is written with the integration of both software and hardware systems. A mobile vehicle is used to simulate a robot cleaner engaging in the route planed with the new technique.

　We propose a set of home cleaning algorithms of complete coverage path planning, which guarantees the robot will clean all the corners of an environment. The algorithms performed include wall-following cleaning module, basic complete coverage clean rule, corner revision, deadlock escaping path transform, and recharging procedure, aiming at achieving the shortest cleaning path and minimum accumulation of turning angle. Finally, the cleaning robot is guided automatically through the wireless network and given the complete coverage path planned to simulate real navigations.

中文摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XIV
第 1 章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 3
1.3 相關研究與討論 4
1.4 章節簡介 7
第 2 章 機器人系統之軟硬體架構 8
2.1 整體系統架構概觀 8
2.2 系統的硬體架構 10
2.2.1 車體部分 11
2.2.2 控制核心 13
2.2.3 電壓調整器 16
2.2.4 馬達系統 17
2.2.5 感測系統 22
2.3 系統的軟體架構 23
2.3.1 人機控制介面 25
第 3 章 PDA與通訊傳輸 29
3.1 PDA系統 29
3.1.1 PDA簡介 29
3.1.2 PDA之發展現況 29
3.2 系統開發環境與開發工具 32
3.2.1 硬體環境 32
3.2.2 系統開發環境 33
3.2.3 開發工具 35
3.3 PDA之傳輸流程設計 36
3.4 PDA之通訊協定 38
3.4.1 PDA與無線網路 38
3.4.2 PDA與RS232 40
第 4 章 機器人之全域覆蓋路徑規劃 44
4.1 路徑規劃環境分類 45
4.2 全域覆蓋路徑規劃的基本策略 46
4.3 環境地圖的表示方法 49
4.3.1 格點地圖 50
4.3.2 格點地圖資訊與規格 53
4.3.3 行進方向 54
4.4 路徑規劃介紹 56
4.5 全域路徑規劃演算法 57
4.5.1 沿牆清潔模式 58
4.5.2 牛耕式模式 60
4.5.3 死結模式 63
4.6 區域路徑規劃演算法 67
4.6.1 距離轉換法 68
4.6.2 路徑轉換法 71
4.6.3 轉角修正 73
4.6.4 路徑最佳化 74
第 5 章 機器人路徑規劃之模擬與實現 76
5.1 運動實驗 76
5.1.1 實驗環境與流程 77
5.1.2 前進距離測試 77
5.1.3 轉向角度測試 79
5.1.4 誤差因素討論 84
5.2 路徑規劃之模擬結果 86
5.2.1 文獻模擬比較 86
5.2.2 一般家居環境模擬 89
5.2.3 其他的環境模擬 99
5.3 路徑規劃之實驗結果 101
第 6 章 結論與未來展望 114
6.1 結論 114
6.2 未來展望 115
參考文獻 i
相關介紹 vi
1、電路板設計圖 vi
2、PIC16F877 I/O 配置圖 vii
3、開發軟體的取得與安裝 viii
自述

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