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研究生:陳家榮
研究生(外文):Jun-Rong Chen
論文名稱:改良式DSP主控之兩輪機器人基本控制
論文名稱(外文):Improvement in 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:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:57
中文關鍵詞:平衡數位訊號處理模糊兩輪電子指南針
外文關鍵詞:digital compassfuzzyDSPbalancetwo wheels
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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。
We develop and control a two-wheel robot which the core DSP F2812 integrates a lot of parts including motor servo control, external circuit signals, wireless transmission module, analog filter, digital filter, and fuzzy control algorithm. The dynamic sensors tilt and gyro are used to control the balance of the robot and the sensor digital compass is used to correct the directional error of the body and then getting the position and velocity by the feedback of the encoder. Through the integration of the information, we implement the designed fuzzy controllers to make the robot balance, move forward and backward, turn, and stop. In the period of running, getting the status of the robot and issuing the commands are transmitted via wireless transmission module.
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……………………………………………………..1
1.2文獻回顧……………………………………………………………..2
1.3論文目標……………………………………………………………..3
1.4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
2.1.1伺服馬達(含減速齒輪)...…………………………………….7
2.1.2編碼器………………………………………………………...7
2.1.3.馬達驅動電路………………………………………………...8
2.1.4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………………………………………………………...9
2.3.3濾波器電路…………………………………………………...9
2.3.4電子指南針………………………………………………….10
2.4 DSP board……………………………………………………….10
2.5電池與電源轉換器…………………………………………………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無線傳輸數據機與準系統………………………………...15
2.6.1 RS-232無線傳輸數據機………………………...………….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 車身平衡、兩輪同步與定位控制…………………..……………..17
3.1車子動作描述 ……………………………………………………..17
3.2行動與決策 ……...………………………………………………...18
3.3訊號處理…………………….……………………………………...19
3.3.1電源上使用穩壓器……………………………...…………..19
3.3.2加入類比濾波器……...……….…………………………….19
3.3.3使用解析度高的A/D converter……….…………………....20
3.3.4加入數位濾波器…………………………………………….20
3.3.5傾斜器與陀螺儀之各司其職……………………………….21
3.4馬達驅動控制………………………………………………………22
3.5車身平衡控制器 …………………………………………………..23
3.5.1控制器的輸入及輸出 ………………..…………………….23
3.5.2歸屬函數 ………………..………………………………….23
3.5.3模糊規則庫 ………………………………..……………….24
3.5.4模糊推論與解模糊化…………………………..……….…..25
3.6兩輪同步控制器……………………………………………………26
3.6.1控制器的輸入及輸出……………………………………….27
3.6.2歸屬函數………………………………………………….…27
3.6.3模糊規則庫……………………………………………….…28
3.6.4模糊推論與解模糊化…………………………………...…..28
3.7車身定位控制器……………………………………………………29
3.7.1控制器的輸入及輸出……………………………………….30
3.7.2歸屬函數………………………………………………….…30
3.7.3模糊規則庫……………………………………………….…31
3.7.4模糊推論與解模糊化…………………………………...…..32
第四章 實驗結果分析與討論…………………………………………33
4.1實驗一:車身平衡控制……………………………………………33
4.2實驗二:兩輪同步控制……………………………………………34
4.3實驗三:外加干擾力測試…..………………………………………36
4.3.1未加兩輪同步控制器……………………………………...36
4.3.2加兩輪同步控制器………………..………..………….......37
4.4實驗四:車身定位控制……………………………………………39
4.5分析討論…………………………………………………………....41
第五章 結論………………………………………………………………....42
5.1結論 ……………..…………………………………………………42
5.2困難處與解決方法………..………………………………………..42
5.3未來展望 ………………………..…………………………………43
參考文獻…………………..…………………………………………………45
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[13] “TMS320F28x Control and Interrupts Reference Guide,” Texas Instruments, 2003.

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

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

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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/

[24] 辰白編譯,DC伺服馬達應用電路技術,建興出版社,2000年。

[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] 白翼銘(王文俊教授指導), “改良式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, 2005年六月.
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