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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:何若愚
研究生(外文):Roy Ho
論文名稱:應用於四足機器步進馬達控制器之FPGA實現
論文名稱(外文):FPGA Implementation of Quadruped Robot Stepper Motor Controller
指導教授:洪金車
指導教授(外文):King-Chu Hung
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄第一科技大學
系所名稱:電腦與通訊工程所
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:76
中文關鍵詞:可程式化邏輯陣列四足步態步行機械步進馬達
外文關鍵詞:Stepping MotorQuadruped GaitsWalking MachinesFPGA
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相較於傳統使用多顆PIC單晶片紀錄運動方式[28],由多顆中央控制單晶片負責控制直流伺服馬達,傳統方式略嫌複雜,隨著FPGA製造閘數日漸倍增,功能與價格的優勢,相較之下已逐漸取代傳統方式,為改善此一缺點,本論文以FPGA實現步進馬達控制信號的管理與分配,整合微步進(micro-stepping)驅動裝置,並實際應用於四足機械動物之動作與步態驗證。

本論文提出另一種在抬腳路徑規劃上較為平滑運動的擺線運動方式,經由Matlab模擬結果證明其可行性,實驗過程中並發現啟動前若先將身體向前傾斜而讓身體重心向前的情況下,其驗證結果中有較佳的穩定性。

硬體實現係先以Xilinx公司所生產的FPGA來做系統硬體實現,再以XESS之XSA3S1000模擬板來實現四足機械動物之動作與步態驗證,並從測試結果中確認硬體電路架構設計正確。
In this thesis, we design a novel integrated FPGA-based control system to conduct the quadruped robot movement. This integrated control system manages all the control signals and the controls of stepper motor within one single FPGA chip. The conventional system design uses distributed control units to record the robot movement and control server motors. This novel integrated design is simple, low cost and not complicated.

The cycloid type foot-lifting movement is adopted in the system design. The triangle lifting movement has the shortest route. The rectangle type uses least amount of energy. Experiment results show that cycloid type movement has better stability over other type movements when the center of gravitation of the robot moves forward.

All the control algorithms are implemented on the XESS XSA3S1000 FPGA development board. The behavior of the integrated system has been verified through experiments.
中文摘要…………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要…………………………………………………………………Ⅱ
誌謝………………………………………………………………………Ⅲ
目錄………………………………………………………………………Ⅳ
圖目錄……………………………………………………………………Ⅶ
第一章 緒論---------------------------------------------------------------------1
1.1 研究動機----------------------------------------------------------------------1
1.2 研究目的----------------------------------------------------------------------1
1.3 文獻回顧----------------------------------------------------------------------4
1.4 章節簡介----------------------------------------------------------------------7
第二章 步進馬達原理-----------------------------------------------------------9
2.1 步進馬達的特徵-------------------------------------------------------------9
2.2 步進馬達的分類-------------------------------------------------------------10
2.2.1 依構造上分類 --------------------------------------------------------------10
2.2.2 依極性及繞線方式不同--------------------------------------------------12
2.3 微步進激磁方式-------------------------------------------------------------16
2.4 步進馬達的激磁方式-------------------------------------------------------19
2.5步進馬達轉速的線性控制--------------------------------------------------20
第三章 理論推導與設計架構--------------------------------------------------23
3.1 運動方程式推導-------------------------------------------------------------23
3.2 支撐腳參數設定-------------------------------------------------------------26
3.3 抬腳的路徑規劃-------------------------------------------------------------29
3.4 抬腳參數設定----------------------------------------------------------------30
第四章 平台規劃與研究方法--------------------------------------------------38
4.1 實驗平台與設備-------------------------------------------------------------38
4.1.1 骨架規格 -------------------------------------------------------------------39
4.1.2 步進馬達 -------------------------------------------------------------------42
4.1.3 微步驅動器-----------------------------------------------------------------43
4.1.4 XSA 3S1000 FPGA---------------------------------------------------------45
4.2 步進馬達加減速控制狀態機----------------------------------------------46
第五章 實驗結果與測試驗證--------------------------------------------------50
5.1 實驗一:步進馬達加減速控制-------------------------------------------54
5.2 實驗二:鍵盤定位控制 ---------------------------------------------------54
5.3 實驗三:吠 -------------------------------------------------------------------54
5.4 實驗四:坐 -------------------------------------------------------------------55
5.5 實驗五:趴 -------------------------------------------------------------------56
5.6 實驗六:四足波浪步-------------------------------------------------------57
5.7 實驗七:四足對角線-------------------------------------------------------59
第六章 結論-----------------------------------------------------------------------61
參考文獻----------------------------------------------------------------------------62
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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